【摘要】：GRAPES_gcas(GRAPES Cloud Analysis System)即GRAPES云分析系統(tǒng),融合了多普勒天氣雷達(dá)資料、衛(wèi)星資料和地面云觀測資料,從而調(diào)整模式生成的云信息。GRAPES云分析系統(tǒng)的研究與應(yīng)用,可以使數(shù)值模式初始場中包含云信息,這在現(xiàn)代數(shù)值預(yù)報中具有非常重要的意義。目前GRAPES云分析系統(tǒng)還不具有使用閃電定位資料的功能,國內(nèi)對閃電定位資料在數(shù)值預(yù)報中的應(yīng)用研究相對較少。本文首先運(yùn)用現(xiàn)有的云分析系統(tǒng)對重要天氣過程進(jìn)行了模擬分析,同時對閃電定位資料進(jìn)行了分析;然后研究了在云分析系統(tǒng)中加入閃電定位資料的方法;最后通過包含各種觀測資料的對比數(shù)值試驗(yàn),分析了云分析系統(tǒng)的應(yīng)用情況,重點(diǎn)分析了ADTD閃電定位資料研究應(yīng)用情況。具體結(jié)論如下:(1)論文通過經(jīng)驗(yàn)關(guān)系,將ADTD閃電定位資料轉(zhuǎn)化為三維雷達(dá)反射率的形式,并融合多普勒雷達(dá)反射率三維組網(wǎng)拼圖資料,利用GRAPES云分析系統(tǒng)對模式初始場的云水、云冰等云微物理變量進(jìn)行了調(diào)整和分析。(2)針對分別發(fā)生在華北和華南的兩次強(qiáng)對流天氣過程,設(shè)計(jì)了兩組個例試驗(yàn)和一組批量試驗(yàn)。首先對比分析了云分析過程中加入閃電定位信息對雷達(dá)反射率的直接影響;其次對比分析了在模式初始時刻云微物理變量(云水、云冰、雪)的變化;最后,比較了模式降水的預(yù)報效果。在此基礎(chǔ)上,又進(jìn)一步進(jìn)行了批量試驗(yàn)。結(jié)果表明:(a)云分析系統(tǒng)在加入雷達(dá)反射率資料以后,能在模式初始場中較準(zhǔn)確的計(jì)算模式的初始水物質(zhì);(b)閃電定位資料轉(zhuǎn)換成的替代雷達(dá)反射率對原有的雷達(dá)反射率有一定的補(bǔ)充作用,使模式的初始場與真實(shí)狀況更接近;(c)從模式降水的角度看,在加入雷達(dá)資料以后,GRAPES云分析可以顯著提高6小時以內(nèi)降水的模擬效果,而閃電定位資料的加入,對中雨以上量級的降水模擬有進(jìn)一步的改進(jìn)作用。(d)從連續(xù)一周的批量試驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果來看,當(dāng)對流天氣特征較明顯,閃電頻率較高時,閃電定位資料的加入對模式的預(yù)報結(jié)果具有正效果。(3)本文的研究表明,閃電定位信息的應(yīng)用是對具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的GRAPES云分析系統(tǒng)的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充,為閃電定位信息在我國數(shù)值預(yù)報中的進(jìn)一步應(yīng)用提供了有益的參考或一定的研究基礎(chǔ),這對改善模式的初始場,提高模式對強(qiáng)對流天氣的預(yù)報準(zhǔn)確率有科學(xué)和實(shí)際意義。
【學(xué)位授予單位】：中國氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P427.3;P412
【圖文】：

閃電資料在 GRAPES 云分析中的應(yīng)用研究實(shí)測的雷達(dá)組合反射率因子相比較，取最大值作為最終的雷達(dá)反射率因子并帶入到GRAPES 云分析系統(tǒng)中進(jìn)行運(yùn)算。表 1 閃電頻率與柱最大回波反射率因子經(jīng)驗(yàn)關(guān)系表（summer）Table 1 empirical relationship between lightning frequency and reflectivity（summer）閃電頻率 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10柱最大回波反射率因子30.13 31.61 32.78 33.86 34.68 35.34 36.13 36.15 37.02 37.04閃電頻率 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20柱最大回波反射率因子37.74 38.00 38.56 38.85 39.10 39.37 39.78 39.98 40.64 41.33閃電頻率 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30柱最大回波反射率因子41.50 41.65 41.85 42.08 42.77 43.03 43.26 43.53 43.74 43.73

閃電定位資料對模式模擬結(jié)果的影響，通過幾組試驗(yàn)結(jié)果之間以及與試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)況之間的對比，對這種閃電定位資料的使用方案的可行性和有效性進(jìn)行檢驗(yàn)。3.1 個例的選取本文選取 2016 年 6 月 13 日山西、河北北部、山東西部一次強(qiáng)對流天氣過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。此次強(qiáng)對流過程造成局地出現(xiàn) 20mm 以上大冰雹，10~12 級雷暴大風(fēng)，并伴隨強(qiáng)烈的閃電現(xiàn)象(曹艷察，張濤，2016)。圖 3.1 為 2016 年 6 月 13 日 0：00-24：00（UTC）ADTD 閃電定位網(wǎng)探測到的每三十分鐘閃電頻數(shù)分布柱狀圖，探測范圍為 108-123oE，32-44oN。從圖 1 中可以看出，這一天閃電活動比較頻繁，峰值在 12:00 左右（北京時間20:00）可以達(dá)到每 30 分鐘 1000 次以上。此后，閃電頻數(shù)逐漸下降。統(tǒng)計(jì)該日閃電頻數(shù)峰值時刻即 12：00 前后 40min（向前 30min，向后 10min）閃電頻數(shù)的空間分布圖 2(a)，以及 12：00（UTC）雷達(dá)實(shí)測最大反射率分布圖 2(b)。由圖 3.2 可以看出，閃電的分布與實(shí)測雷達(dá)反射率高值區(qū)域的形狀較為一致，閃電高頻區(qū)域與雷達(dá)反射率高值區(qū)域的位置也基本對應(yīng)。此次強(qiáng)對流活動主要集中在山東中西部，山西、河北的西北部。

值試驗(yàn)設(shè)計(jì)了研究雷達(dá)反射率資料和閃電定位資料在云分析過程中的作用以及其對模式積影響，本文共設(shè)計(jì) 4 組試驗(yàn)，分別將雷達(dá)資料和閃電資料加入云分析過程中，、云冰等水物質(zhì)在初始場的演變。方案 1 為控制試驗(yàn)，在進(jìn)行云分析時只加入（采用 FY-2G 黑體輻射亮溫（TBB）數(shù)據(jù)和總云量(CTA)數(shù)據(jù)），簡寫為 CTR2 除加入衛(wèi)星資料以外，還使用閃電定位資料，按照 2.4 中介紹的方法進(jìn)行云分簡寫為 TEST1；方案 3，在 CTRL 試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，還加入了三維雷達(dá)反射率資分析試驗(yàn)，簡寫為 TEST2。方案 4，除 TEST2 的兩種資料以外，還加入了閃電進(jìn)行云分析試驗(yàn)，簡寫為 TEST3。具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表 3.1：表 3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案Table 3.1 design schemes of test衛(wèi)星資料 雷達(dá)反射率資料 閃電定位資料CTRL √ × ×

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2794261