【摘要】：雷達(dá)資料同化能夠提高強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)水平,但一些個(gè)例研究表明雷達(dá)資料同化預(yù)報(bào)得到的降水落區(qū)和強(qiáng)度仍和觀測(cè)有明顯偏差,造成這種偏差的可能原因之一是區(qū)域模式模擬中存在的大尺度環(huán)境場(chǎng)偏差問題。大尺度偏差問題在氣候動(dòng)力降尺度中多有研究,但在強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)的研究中還不多見。為此,本文基于WRF模式和江淮流域的兩次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程(2009年6月14日颮線過(guò)程和2013年7月20日強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程),首先分析WRF短時(shí)模擬中大尺度偏差問題及其訂正方法。在此基礎(chǔ)上,提出了一種雷達(dá)資料同化中大尺度偏差問題的解決方法,并基于WRF模式及其3DVar同化系統(tǒng)開展同化預(yù)報(bào)試驗(yàn)檢驗(yàn)其應(yīng)用效果。主要結(jié)論如下:(1)兩個(gè)強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程的WRF模擬都存在明顯的大尺度偏差。即使對(duì)短時(shí)(如6小時(shí))模擬結(jié)果,其溫度或者風(fēng)的大尺度分量和其驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的大尺度分量在空間結(jié)構(gòu)和量級(jí)上的差異也是明顯的,并且這種大尺度偏差隨著模擬積分時(shí)間的增長(zhǎng)而愈加顯著。對(duì)于本文研究的兩個(gè)強(qiáng)對(duì)流天氣個(gè)例,2009年6月14日颮線過(guò)程模擬的大尺度偏差較明顯。(2)譜nudging(SN)方法能夠有效訂正對(duì)流尺度天氣模擬中的大尺度偏差問題,其訂正效果對(duì)nudging波數(shù)較為敏感。較大的波數(shù)可以得到較好的訂正效果,但在波數(shù)大于2(如本文的2~4)時(shí),SN方法對(duì)大尺度偏差訂正的效果差異不大。(3)提出了一種大尺度約束下的雷達(dá)資料同化方法(LSC-RDA),來(lái)解決雷達(dá)資料同化背景信息中大尺度環(huán)境場(chǎng)偏差帶來(lái)的影響,并基于WRF 3DVar同化系統(tǒng)給出了LSC-RDA方法的實(shí)施方案,實(shí)現(xiàn)高分辨率對(duì)流尺度的雷達(dá)資料同化。LSC-RDA的基本思想是:利用SN方法將全球分析或預(yù)報(bào)資料引入模式,去除同化初猜場(chǎng)(FG)和背景誤差協(xié)方差(BE)統(tǒng)計(jì)樣本生成過(guò)程中大尺度偏差的影響,為雷達(dá)資料同化提供較為準(zhǔn)確的背景信息,從而提高雷達(dá)資料的同化預(yù)報(bào)能力。(4)兩個(gè)強(qiáng)對(duì)流天氣個(gè)例試驗(yàn)都表明,LSC-RDA方法能夠提高雷達(dá)資料的同化和預(yù)報(bào)能力,優(yōu)于沒有大尺度約束的WRF 3DVar同化試驗(yàn)結(jié)果。LSC-RDA方法在大尺度約束同時(shí)作用在FG和BE統(tǒng)計(jì)時(shí)效果較好,其預(yù)報(bào)的組合回波在空間結(jié)構(gòu)和位置上都和觀測(cè)較為一致。此外,在雷達(dá)資料同化區(qū)域不宜使用較大的nudging波數(shù),這是由于較大的nudging波數(shù)會(huì)導(dǎo)致中尺度信息的過(guò)度調(diào)整,不利于雷達(dá)觀測(cè)的中小尺度信息的吸收,從而降低雷達(dá)資料的同化效果。(5)大尺度約束下統(tǒng)計(jì)的BE矩陣在同化預(yù)報(bào)中具有重要作用,其特征尺度小于沒有大尺度約束下的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,這在一定程度上解決了目前NMC方法對(duì)BE特征尺度高估的問題,從而為雷達(dá)資料同化提供合理的BE統(tǒng)計(jì)。
【圖文】：

蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 大尺度約束下雷達(dá)資料同化的方法研究圖 5.10 給出了 CNTL13、NoLSC13、LSC13 預(yù)報(bào)的和雷達(dá)觀測(cè)的組合回波，與雷達(dá)觀測(cè)相比（圖5.10a1-4），WRF模式對(duì)這次強(qiáng)對(duì)流過(guò)程的模擬較差，CNTL13（圖 5.10b1-4）未能模擬出強(qiáng)對(duì)流過(guò)程在安徽境內(nèi)東北西南向的發(fā)生發(fā)展，模擬的組合回波位于河南與安徽交界處近似成南北向，且江蘇北部地區(qū)回波模擬過(guò)強(qiáng)，湖北北部存在較為明顯的誤報(bào)。NoLSC13 能提高對(duì)強(qiáng)對(duì)流過(guò)程的預(yù)報(bào)水平（圖5.10c1-4），對(duì)安徽東北部的對(duì)流活動(dòng)有明顯改善，但由于此次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程發(fā)展過(guò)于迅速，影響范圍較窄，模擬與觀測(cè)差異過(guò)大，預(yù)報(bào)回波的強(qiáng)度偏弱位置也與實(shí)況存在一定偏差。LSC-RDA 方法預(yù)報(bào)的強(qiáng)對(duì)流過(guò)程在 NoLSC13 的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高，對(duì)安徽東北部地區(qū)回波強(qiáng)度的預(yù)報(bào)好于 NoLSC13，對(duì) CNTL13 誤報(bào)地區(qū)的訂正效果也好于 NoLSC13，預(yù)報(bào)回波的位置與觀測(cè)更為接近。說(shuō)明大尺度約束下的雷達(dá)資料同化方法，，更有利于模式吸收雷達(dá)觀測(cè)的中小尺度信息，提高對(duì)強(qiáng)對(duì)流過(guò)程的預(yù)報(bào)水平。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P45

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2614761