本文采用集合均方根濾波(EnSRF)和基于奇異值分解(SVD)的集合降維同化方法(SVD-En3DVar)對發(fā)生在我國江蘇地區(qū)夏季的兩次強(qiáng)對流天氣過程進(jìn)行雷達(dá)資料的同化研究,以WRF中尺度預(yù)報模式作為檢驗(yàn)同化方法效果的預(yù)報模式,WRF 3DVar系統(tǒng)的同化預(yù)報結(jié)果作為比較,來考察這兩種集合同化方法在強(qiáng)對流天氣中的應(yīng)用效果和同化雷達(dá)資料的能力。在此基礎(chǔ)上,本文對集合卡爾曼濾波方法提出了一種簡化方案,可以減少計算時間以滿足業(yè)務(wù)化運(yùn)行的需要。利用WRF模式和一次強(qiáng)降水個例檢驗(yàn)了簡化方案的同化效果,對其可行性進(jìn)行了初步的分析探討,得到以下主要結(jié)論:(1)SVD-En3DVar和EnSRF兩種集合同化方法均有較好同化雷達(dá)資料的能力,能對初始的水平風(fēng)、水汽和溫度等物理量場做出合理調(diào)整,有效地將中小尺度信息引入到初始場,主要表現(xiàn)為在有強(qiáng)回波觀測區(qū)域風(fēng)場的輻合加強(qiáng)、水汽混合比增大、等溫線密集度增加等,但在部分區(qū)域兩種同化方法對水平風(fēng)的風(fēng)向風(fēng)速、水汽混合比、相當(dāng)位溫等物理量場的調(diào)整存在一定差異。(2)應(yīng)用兩種集合同化方法同化雷達(dá)觀測資料均能有效地提高組合回波的預(yù)報效果,但兩種同化方法在兩個強(qiáng)對流天氣個例中的表現(xiàn)不同。對2009年6月發(fā)生在江蘇地區(qū)的颮線過程,SVD-En3DVar方法對組合回波的同化預(yù)報效果最好,優(yōu)于EnSRF和WRF 3DVar同化方法。而對2013年6月的強(qiáng)降水過程,EnSRF的同化預(yù)報效果最好,優(yōu)于SVD-En3DVar方法和WRF 3DVar同化方法。(3)兩個強(qiáng)對流天氣過程個例試驗(yàn)結(jié)果表明,集合降維同化方法(SVD-En3DVar)的同化預(yù)報效果對該方法中的局地化參數(shù)較為敏感;對于2009年的颮線過程,局地化水平半徑為50km時同化預(yù)報效果較好,而2013年的強(qiáng)降水過程則是局地化水平半徑為15km時預(yù)報效果較好。(4)分析幾個相鄰?fù)瘯r刻(相距半小時)的預(yù)報集合得到的水平風(fēng)、水汽混合比等物理量場的樣本方差,發(fā)現(xiàn)由同化起始時刻的預(yù)報樣本集合計算的樣本方差場較為平滑,而經(jīng)過1次和2次同化過程后再產(chǎn)生的預(yù)報集合所估算的樣本方差顯示出明顯的小尺度特征,兩個時間的樣本方差在數(shù)值和空間分布形態(tài)上都很接近。(5)傳統(tǒng)的卡爾曼濾波方法在同化過程中需要不斷更新預(yù)報樣本會耗費(fèi)大量機(jī)時,考慮到較短時間間隔內(nèi)由預(yù)報樣本估計的預(yù)報誤差協(xié)方差隨時間變化不大,我們提出一種EnSRF的簡化方案(SS_EnSRF),通過降低預(yù)報樣本集合的更新頻率來節(jié)約計算時間,以滿足業(yè)務(wù)化運(yùn)行的需要。2013年6月一次強(qiáng)降水天氣過程的同化試驗(yàn)表明SS_EnSRF有較好雷達(dá)資料同化能力和應(yīng)用效果。當(dāng)SS_EnSRF采用同化預(yù)報得到預(yù)報樣本集合進(jìn)行同化時,其對組合回波的預(yù)報效果和EnSRF相當(dāng),明顯優(yōu)于WRF 3DVar方法的效果。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：P456.7

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本文編號：2812491