由于大氣的混亂性質(zhì)，即使使用不斷改進(jìn)的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型，天氣預(yù)報(bào)最終也會(huì)失去其準(zhǔn)確性。氣象學(xué)家強(qiáng)烈希望更好地了解此過程，因?yàn)樗麄冊(cè)噲D將預(yù)報(bào)誤差追溯到觀測(cè)差距并提供改進(jìn)的方法。

均方根誤差(均方根或其平方，方差距離)通常用于測(cè)量模擬場(chǎng)和觀察場(chǎng)之間的差異。在這種情況下，科學(xué)家測(cè)量了其網(wǎng)格內(nèi)的模型預(yù)測(cè)場(chǎng)與代表所有實(shí)際觀察結(jié)果的驗(yàn)證分析場(chǎng)之間的距離。但是，必須考慮到大氣特征(如鋒面和壓力系統(tǒng))是空間中的三維天氣特征，計(jì)算機(jī)模型會(huì)取代這些特征??，并且隨著數(shù)值預(yù)報(bào)遠(yuǎn)離初始，其結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生畸變。方差或均方根誤差度量不能量化天氣系統(tǒng)的位移和失真。

在最近發(fā)表的《大氣科學(xué)進(jìn)展》一文中，由國(guó)家海洋與大氣管理局(NOAA)，麻省理工學(xué)院(MIT)和康涅狄格大學(xué)組成的一組科學(xué)家著手尋找一種評(píng)估大氣污染的通用方法。位置和結(jié)構(gòu)成分在兩個(gè)領(lǐng)域之間的總差異。本質(zhì)上，與基于真實(shí)觀測(cè)的驗(yàn)證分析相比，氣象學(xué)家希望評(píng)估模型預(yù)報(bào)中許多不同天氣特征的準(zhǔn)確性。

麻省理工學(xué)院的Sai Ravela是這項(xiàng)研究的合著者，以前開發(fā)了一種場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)方法。在這種情況下，他的方法可以平滑地將模型預(yù)測(cè)字段與基于觀察的分析對(duì)齊，從而使它們之間的差異最小。接下來，通過稱為空間過濾或平滑的過程，從所有三個(gè)字段(原始和對(duì)齊的預(yù)測(cè)以及驗(yàn)證分析或觀察的代理)中消除了來自不確定來源的小規(guī)模誤差。然后將總方差距離或差異劃分為三個(gè)唯一的分量。位置誤差(即平滑的原始模型預(yù)測(cè)與平滑的對(duì)齊的預(yù)測(cè)字段之間的方差距離)和結(jié)構(gòu)誤差，即平滑的對(duì)齊的預(yù)測(cè)與平滑的驗(yàn)證分析字段之間的方差距離，模型預(yù)測(cè)和驗(yàn)證分析或觀測(cè)領(lǐng)域。

該方法輸出三個(gè)正交誤差分量作為標(biāo)量場(chǎng)，以及一個(gè)矢量場(chǎng)，該矢量場(chǎng)表示與觀測(cè)分析場(chǎng)相比預(yù)測(cè)的大規(guī)模位移。有趣的是，在團(tuán)隊(duì)研究的所有地區(qū)和交付周期中，總誤差方差的一半以上與天氣要素的錯(cuò)位有關(guān)。因此，在預(yù)測(cè)領(lǐng)域中位移比變形更明顯：只有大約25%的誤差方差與部分可預(yù)測(cè)特征(如前緣和低壓系統(tǒng))的結(jié)構(gòu)誤差有關(guān)。其余的誤差方差保持無法解釋的或不可預(yù)測(cè)的可或噪聲。

揚(yáng)科夫博士說：“誤差方差中的噪聲如何隨預(yù)測(cè)提前期的變化而增長(zhǎng)，以及擾動(dòng)的預(yù)測(cè)集合之間的價(jià)差的位置-結(jié)構(gòu)-噪聲分解是否捕獲了預(yù)測(cè)誤差成分，”正在進(jìn)行的研究的主題。 NOAA，研究的主要作者。