【摘要】：有云條件下,紅外輻射觀測資料的同化對改善數(shù)值天氣預報(Numerical Weather Prediction,NWP)的初始場具有重要意義,比晴空條件下的數(shù)據(jù)同化更為困難,主要原因包括:云的作用過程呈非線性、觀測場與模擬場的差異(Observation-minus-Background,O-B)較大且呈非正態(tài)分布、數(shù)值天氣預報模式和正演模型對復雜云過程的模擬能力欠佳。本文基于“向日葵-8”(Himawari-8)紅外通道的實測數(shù)據(jù),以2016年登陸中國的6個強臺風(尼伯特(NEPARTAK)、妮妲(NIDA)、莫蘭蒂(MERANTI)、鲇魚(MEGI)、莎莉嘉(SARIKA)、海馬(HAIMA))為對象,研究了同化過程中,中尺度天氣預報(Weather Research Forecasting,WRF)模式及快速輻射傳輸(Radiative Transfer Model for TOVS,RTTOV)模式對臺風系統(tǒng)模擬的統(tǒng)計特征,并開展了兩種質量控制,為高質量同化提供前提。主要研究內容及結論如下:(1)基于WRF模式,模擬了6個臺風的大氣溫濕度廓線、近地面風場以及云的垂直結構場。利用實測的熱帶氣旋資料,將模擬路徑及臺風中心最低氣壓與其對比,結果表明:WRF對路徑及中心最低氣壓模擬情況較好,其中,模擬與實測的路徑平均偏差小于75km,最低氣壓差低于35hPa;但部分臺風因受到地形影響在路徑上出現(xiàn)較大偏移。(2)結合WRF的輸出場,利用RTTOV模式模擬了Himawari-8/AHI的云頂亮溫(Brightness Temperature,BT),研究通道為水汽通道(第8通道(6.2μm)及第10通道(6.9μm))、大氣窗區(qū)通道(第13通道(10.4μm))以及對流層低層的溫度通道(第16通道(13.3μm))�；谠茀�(shù)的敏感性試驗,分別統(tǒng)計了無云參數(shù)和有云參數(shù)條件下O-B特征,統(tǒng)計變量為平均偏差、均方根誤差、相關系數(shù)及一致性指數(shù)。結果表明:未引入云參數(shù)時,RTTOV無法模擬出臺風的形狀、稠密的云區(qū)以及臺風眼的位置;引入云的三維場后,與實測場相比,RTTOV較好地模擬出臺風的螺旋云帶以及臺風眼的位置,但模擬場低估了從眼區(qū)到周圍云區(qū)的溫度梯度(如臺風眼區(qū)周圍模擬場亮溫高于實測場)。統(tǒng)計不同通道的模擬效果及對云參數(shù)的敏感性,發(fā)現(xiàn)第8通道的模擬效果最好,第10、16通道次之,第13通道模擬較差,但4個通道對云的敏感性順序與前者相反,說明越是對云敏感的通道,觀測與模擬的差異越大。(3)RTTOV對實測亮溫較低的樣本點模擬效果較差,這與模式中缺乏高云預測和云散射計算不足有關,因此本文針對極低亮溫(low-BT,extremely low brightness temperature)的樣本點和O-B分布受云影響較大的樣本進行了質量控制,即剔除了觀測亮溫低于200K的樣本,并引入云影響因子(C_A,Cloud Effect)表征受云影響而模擬較差的預報點,邊界條件為保留當C_A3.0時,|O B|1.8C_A的樣本。統(tǒng)計了質量控制前后O-B的概率密度分布函數(shù),結果表明:通過質量控制,水汽通道(8、10)O-B的概率密度分布得到了明顯改善,而大氣窗區(qū)通道和對流層低層溫度通道對質量控制并不敏感。本文采用的質量控制方法對水汽通道更具適用性,可應用于同類儀器、相似通道的數(shù)據(jù)同化過程中。
【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P407.6;P457.8
【圖文】：

圖 2- 1 2015-2016 年 Nino 3.4 區(qū)指數(shù) 2-1 是 2015 至 2016 年 Nino-3.4 指數(shù)的變化圖，如圖所示，2015 年 為正，全年中東太平洋海表溫度呈正距平，是 EI Nino 持續(xù)發(fā)展的2016 年后，EI Nino 呈衰減狀態(tài)，直至當年 7 月，海表溫度距平由正

圖 3- 1 Himawari-8/AHI （a）溫度權函數(shù)，（b）水汽權函數(shù)，（c）透射比表 3- 1 Himawari-8/AHI 紅外通道光譜特征及其主要探測目的通道序號中心波長(μm)主要吸收氣體成分峰值能量貢獻層(hPa)主 要探測目的#7 3.9 大氣窗區(qū) 地表 霧，森林火災

圖 4- 1 6 個臺風的實測路徑與模擬路徑的對比（藍色：實測路徑；紅色：模擬路徑）圖4-1是6個臺風逐6小時的模擬路徑與最佳路徑的對比。本文利用路徑差異及最低氣壓差的絕對值表征模擬相對于實測的偏離，兩者的平均偏差及標準差列于表4-3中。如圖4-1所示，六個臺風的登陸點分別位于臺灣、福建、廣州、海南、

【參考文獻】

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本文編號：2781350