發(fā)布時(shí)間：2020-06-10 06:04

【摘要】：對流尺度集合預(yù)報(bào)(Convection-Allowing Ensemble Prediction System,CAEPS)可以提供豐富的概率預(yù)報(bào)信息,逐漸成為預(yù)報(bào)局地強(qiáng)對流天氣的重要工具。相對于全球集合預(yù)報(bào),對流尺度集合預(yù)報(bào)中有關(guān)模式不確定性的研究缺乏系統(tǒng)性和理論基礎(chǔ),成為目前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文基于條件非線性最優(yōu)參數(shù)擾動(dòng)方法(Conditional Nonlinear Optimal Perturbation related to Parameters,CNOP-P)研究CAEPS模式不確定性問題。CNOP-P方法充分考慮了對流尺度模式誤差非線性增長特征,可以用于尋找由參數(shù)不確定性所導(dǎo)致的最大模式誤差,從而挑選敏感物理參數(shù)。同時(shí),本文在計(jì)算CNOP-P時(shí)采用了集合求解算法,不依賴于切線伴隨模式,實(shí)現(xiàn)了CNOP-P在對流尺度集合預(yù)報(bào)中的可能應(yīng)用。主要研究結(jié)果如下:(1)本文使用3 km對流可分辨的GRAPES-Meso模式,選取了2017年中國華南前汛期5個(gè)典型暖區(qū)暴雨個(gè)例計(jì)算目標(biāo)函數(shù),針對邊界層和云微物理過程參數(shù)化方案中的15個(gè)參數(shù),基于集合算法求解多初值CNOP-P,得到對前12 h累積降水預(yù)報(bào)產(chǎn)生最大影響的參數(shù)擾動(dòng)集合。根據(jù)CNOP-P中各參數(shù)擾動(dòng)大小的比重得到參數(shù)敏感度排序,挑選出華南暴雨過程中的8個(gè)關(guān)鍵物理參數(shù)。這些參數(shù)在邊界層湍流擴(kuò)散系數(shù)、邊界層高度、云中水凝物含量的垂直分布及相互轉(zhuǎn)化過程的計(jì)算中具有重要意義。(2)本文通過隨機(jī)擾動(dòng)上述8個(gè)敏感參數(shù)來描述模式不確定性,構(gòu)造具有CNOP-P理論支持的模式擾動(dòng)方案(簡稱“CNOP-P-based方案”),展開了對流尺度集合預(yù)報(bào)關(guān)于模式不確定性的敏感性試驗(yàn),并將該方案與隨機(jī)物理參數(shù)化傾向擾動(dòng)方案(Stochastic Perturbed Parameterization Tendencies,SPPT)方案對比分析。2017年廣州“5.7”極端降水過程以及華南地區(qū)22個(gè)強(qiáng)對流過程的檢驗(yàn)結(jié)果顯示:與SPPT方案相比,對于近地面變量,CNOP-P-based方案可以在一定程度上提高集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)的可靠性和概率預(yù)報(bào)技巧;對于緯向風(fēng)、溫度等大氣變量場,CNOP-P-based方案也可以提高其集合預(yù)報(bào)的離散度,尤其在低層大氣中更為明顯。
【圖文】：

GRAPES-MesoV4.1 版本，該系統(tǒng)于 2017 年開始業(yè)動(dòng)力方程組，使用半隱式半拉格朗日差分方案，水方向取 Charney-Phillips 隔層配置。水平分辨率 0.03式頂高 10 hPa，，積分步長 30 s。模式中使用的物理案（Mlawer et al., 1997），Dudhia 短波輻射方案（Dand Dudhia, 2001），Monin-Obukhov 近地面層方案，996），WSM6 云微物理方案（HongandLim,2006）。，所以模式中關(guān)閉了積云對流方案。為中國華南地區(qū)（105.0~118.5°E，18.5~27.5°N），免 CNOP-P 求解過程中邊界導(dǎo)致的計(jì)算不穩(wěn)定，函數(shù)區(qū)域（106.5°~117°E，20°~26°N）略小于積1，兩個(gè)區(qū)域如圖 2.1 所示。模式初值的生成采用動(dòng)力維云分析系統(tǒng)（GRAPESCloudAnalysisSystem,GCA料的綜合同化應(yīng)用。模式側(cè)邊界條件每 6 h 更新一次

變量包括表面氣壓、海表面氣壓、位勢高度、溫度相對濕度、u，v 風(fēng)速、垂直運(yùn)動(dòng)、渦度以及臭氧等達(dá)資料二號(hào)地球同步軌道氣象衛(wèi)星（FY-2G）的黑體亮度B）產(chǎn)品、總云量（Total Cloud Cover，CTA）產(chǎn)品。，CTA 則表示天空被云覆蓋面積的總和。雷達(dá)資料率因子三維組網(wǎng)產(chǎn)品。垂直方向 20 層，水平分辨率經(jīng)過格點(diǎn)化，進(jìn)行組網(wǎng)拼圖。拼圖中，對于多部雷達(dá)，以指數(shù)權(quán)重插值的方法進(jìn)行多站組網(wǎng)（朱立娟等料檢驗(yàn)需要用到站點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)。本文采用全國加密氣括地面氣壓、溫度、露點(diǎn)、風(fēng)向、風(fēng)速、觀測前 1 h 降水。圖 2.1 表示中國華南區(qū)域內(nèi)的自動(dòng)站點(diǎn)的大
【學(xué)位授予單位】：中國氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P456

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 段晚鎖;汪葉;霍振華;周菲凡;;數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測的集合預(yù)報(bào)方法:思考與展望[J];氣候與環(huán)境研究;2019年03期

2 楊瑞雯;趙琳娜;鞏遠(yuǎn)發(fā);李瀟o

本文編號(hào)：2705886