量化一套合适的物理参数化方案对于WRF模型进行台风预报至关重要。地表过程与资源生态国家重点实验室狄振华老师等提出了一种基于Tukey的组合优化方法，对WRF模型微物理（MP）、积云（CU）、边界层（PBL）和近地表层(SF)过程的所有物理参数化方案，进行优化筛选，最终选择中最优的WRF方案组合，以提高其对台风路径（track）和强度（最低中心气压CSLP和中心最大风速10-m Wind）的模拟精度。本研究选取西北太平洋上2011至2015年的15个台风个例进行研究（见图１），每个台风模拟三天。

图1：西北太平洋15个台风的三天路径

经过适用性分析研究，初始的可选方案有微物理10个，积云7个，边界层（与近地表层组合使用）10个。我们首先用均匀抽样方法，从这700个组合中选中分布均匀的140个方案组合(Ens1)，然后对140个组合在每个物理过程中执行Tukey分组比较，最终在每个物理过程中确定出表现最优、中等和最差的方案，从而筛掉各物理过程最差方案；对余下方案重新做全组合，进行第二轮的均匀抽样和Tukey分组比较，筛出第二表现差的方案。反复此过程，最终进行了四轮筛选，找到了最优的方案组合（Ens5s）。组合优化速度和效率见图2。Ens1和Ens5s的误差均值在各事件模拟中的比较见图3。

图2.四轮筛选过程中组合均值与方差的变化

图3. Ens1和Ens5s的误差均值在15个事件中的比较

可以看到，随着筛选的进行，不仅每个集合模拟的平均误差都减小了，而且误差方差也减小了，这表明在每轮筛选中使用Tukey检验排除的性能最差的方案是合理的。与Ens1的平均模拟误差相比，Ens5-track，Ens5-CSLP和Ens5-10-m wind的误差分别降低了30.03％，10.88％和17.32％。对Ens5s进一步分析发现，对路径、CSLP和10-m wind模拟有一致的最优CU和PBL方案（即Tiedtke CU方案以及与ETA SF方案匹配的UW PBL方案），而用于三个变量模拟的最优MP方案却不同。因此，可以将六个MP方案中的任何一个用作最佳MP方案。通过最佳方案的模拟，WRF在路径，CSLP和10-m wind中的模拟误差降低分别为34％，33.92％和25.67％。另外选取2016到2017年的两个台风模拟做验证试验，结果发现，最优的方案也是优化于气象业务预报中的默认的方案。完成所有试验只用了284个组合，并非700个组合，优化效率提高了2/3。总之Tukey组合优化方法能有效地筛选WRF物理参数化方案。

该研究提供了一套系统的方案组合优化方法，将其应用于WRF模拟改进台风预报，区别于以往研究只取有限的几套方案组合进行评估，因此该方法更加客观，也为其他复杂的气候模式离散优化问题，提供了一套有效的解决途径。

（供稿人：李梅）