高分辨模式是數(shù)值天氣預(yù)報(bào)發(fā)展趨勢(shì)。然而,缺少對(duì)高分辨模式預(yù)報(bào)偏差及其原因的認(rèn)識(shí),嚴(yán)重阻礙了高分辨模式改進(jìn)。本論文將研究如何利用高分辨觀測(cè)揭示南京大學(xué)2016年夏季汛期試驗(yàn)4km WRF模式的主要預(yù)報(bào)偏差。在預(yù)報(bào)偏差認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,提出了一種基于鄰域和不同尺度評(píng)估相結(jié)合的客觀評(píng)分方案,指出在原有的客觀評(píng)分中4km WRF模式對(duì)于小尺度降水評(píng)分偏低的原因主要是沒(méi)有考慮強(qiáng)度和位置偏差的影響。進(jìn)一步分析了華南沿海午后降水預(yù)報(bào)位置偏差的可能原因,指出海陸風(fēng)預(yù)報(bào)偏差是導(dǎo)致局地風(fēng)向預(yù)報(bào)偏差以及降水預(yù)報(bào)偏差的主要原因。論文主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,利用高時(shí)空分辨率的5km逐小時(shí)格點(diǎn)融合降水產(chǎn)品,評(píng)估了南京大學(xué)2016年夏季汛期試驗(yàn)4km WRF與12km WRF模式在江淮和華南區(qū)域的降水預(yù)報(bào)能力。評(píng)估表明,12km WRF和4km WRF模式都能較好地模擬降水空間分布及日變化、傳播特征,相比之下,4km WRF模式預(yù)報(bào)的降水精細(xì)結(jié)構(gòu)更接近觀測(cè),午后峰值也和觀測(cè)更為接近。12km WRF模式會(huì)低估降水強(qiáng)度,尤其是午后峰值,主要原因是12km WRF模式依賴于積云參數(shù)化方案分辨午后大部分對(duì)流性降水,而其采用的Grell 3D積云對(duì)流參數(shù)化方案不能很好地預(yù)報(bào)午后對(duì)流。4km WRF模式改善了強(qiáng)度預(yù)報(bào),但在華南沿岸一帶,午后降水預(yù)報(bào)的強(qiáng)度偏強(qiáng),位置偏向海岸線�？陀^評(píng)估結(jié)果和主觀評(píng)估結(jié)果一致,4km WRF模式的ETS評(píng)分要優(yōu)于12km WRF模式,尤其對(duì)于強(qiáng)降水預(yù)報(bào)(累積6小時(shí)降水強(qiáng)度超過(guò)25mm的降水)優(yōu)勢(shì)更為明顯。進(jìn)一步利用尺度分離客觀評(píng)分方法評(píng)估了4 km WRF和12 km WRF模式的降水預(yù)報(bào)能力,發(fā)現(xiàn)4km WRF模式在小尺度預(yù)報(bào)的客觀評(píng)分反而低于12 km WRF模式,這主要是因?yàn)?km WRF模式預(yù)報(bào)的小尺度降水存在位置和強(qiáng)度的偏差,從而造成模式會(huì)因?yàn)橐淮温﹫?bào)及一次空?qǐng)?bào)而被雙重懲罰,也就是所謂的“double penalty”現(xiàn)象導(dǎo)致評(píng)分偏低。為此,本論文提出了一種基于鄰域檢驗(yàn)和尺度分離相結(jié)合的客觀評(píng)分方法,該方法在尺度分離基礎(chǔ)上,考慮到預(yù)報(bào)的位置偏差,借鑒鄰域評(píng)估思想,計(jì)算了基于鄰域的不同尺度FSS評(píng)分。在此基礎(chǔ)上,考慮到預(yù)報(bào)的強(qiáng)度偏差,引入了分位數(shù)閾值,進(jìn)一步改進(jìn)了客觀評(píng)估結(jié)果。利用改進(jìn)后的客觀評(píng)分方法,評(píng)估了2016年梅雨季降水預(yù)報(bào),結(jié)果表明,4km WRF預(yù)報(bào)的小尺度降水(空間尺度小于1OOkm)客觀評(píng)分都要高于12 km WRF預(yù)報(bào),和主觀評(píng)估結(jié)果較為一致。最后,分析了華南午后降水預(yù)報(bào)位置偏差的可能原因。利用廣東省內(nèi)4個(gè)探空站點(diǎn),評(píng)估了1000 hPa、925 hPa和850 hPa模式預(yù)報(bào)的風(fēng)速風(fēng)向。預(yù)報(bào)起始時(shí)刻,觀測(cè)和模式背景場(chǎng)風(fēng)速風(fēng)向偏差較小。分析了 18小時(shí)(14 LST)、24小時(shí)(20 LST)預(yù)報(bào),14 LST,模式預(yù)報(bào)的風(fēng)向較于觀測(cè)風(fēng)向明顯偏向海岸線,此時(shí)降水預(yù)報(bào)與觀測(cè)的偏差大。20 LST,模式的預(yù)報(bào)風(fēng)向與探空風(fēng)向偏差變小,降水預(yù)報(bào)與觀測(cè)較為一致。表明風(fēng)向預(yù)報(bào)偏差和降水預(yù)報(bào)位置偏差可能相關(guān)。進(jìn)一步分析表明,對(duì)于山地上午后對(duì)流,4km WRF模式能較好的預(yù)報(bào),主要偏差在于海陸風(fēng)環(huán)流相關(guān)的降水過(guò)程。由于模式對(duì)海陸熱力差異模擬偏差,導(dǎo)致海陸風(fēng)預(yù)報(bào)模擬偏差,這是造成局地風(fēng)向預(yù)報(bào)偏差以及降水預(yù)報(bào)偏差的主要原因。
【學(xué)位單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P457.6
【部分圖文】：

ｋ邋＝邋Ｖｍ２邋＋邋ｎ２邐（６）逡逑２０１６年夏季的觀測(cè)和預(yù)報(bào)的降水場(chǎng)的平均功率譜分析結(jié)果如下圖２．１所示。逡逑越高的譜冪率代表著更平滑的、更加有組織的系統(tǒng)｜８８，８９１。從圖上可以看到，波長(zhǎng)逡逑大于７０ｋｍ時(shí)，觀測(cè)降水譜的譜冪率和預(yù)報(bào)降水基本一致。在接近網(wǎng)格格距時(shí)，逡逑受到網(wǎng)格分辨率的影響，降水譜的譜冪率隨著波長(zhǎng)增大在迅速減小。預(yù)報(bào)降水譜逡逑的譜冪率大約在波長(zhǎng)為４－６倍波長(zhǎng)處出現(xiàn)減小的現(xiàn)象，格點(diǎn)融合數(shù)據(jù)的降水譜的逡逑譜冪率大約在波長(zhǎng)為２５ｋｍ（？５Ａｘ）處，這一點(diǎn)和過(guò)去的研宄結(jié)果也比較一致１９°１。逡逑預(yù)報(bào)降水譜的譜冪率的減小，可能是由于模式的粗分辨率的問(wèn)題，而觀測(cè)降水譜逡逑的譜冪率的減小，是由于數(shù)據(jù)客觀分析中的平滑過(guò)程造成的Ｐ１。因此，格點(diǎn)融合逡逑降水的實(shí)際分辨率在１２ｋｍ。逡逑１0４邋１邋１邐｜邋＇邋＇邋＇邋＇￣￣１邋１邋１邐｜邋＇邋＇邋＇邋１邋￣１邋￣１邋１邋１邐｜邋ＱＢ３逡逑．、邐邐ＷＲＦ１２逡逑、、、邐—ＷＲｆ邋ＮＪＶ逡逑、、、、ｋ－、３邐邐—逡逑

為評(píng)估區(qū)域１邋（江淮區(qū)域），數(shù)字２為評(píng)估Ｅ域２邋（華南區(qū)域）。逡逑網(wǎng)格的轉(zhuǎn)換使用ｎｅｉｇｈｂｏｒ邋ｂｕｄｇｅｔ邋ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ插值方法１ＳＴ｜，是－種降水面積逡逑守恒的插值方法。通過(guò)下圖２．３來(lái)具體說(shuō)明。原始的網(wǎng)格是用黑色的實(shí)線來(lái)表示逡逑的，轉(zhuǎn)換后得到的新網(wǎng)格線為黑色短虛線。首先，將新網(wǎng)格分成５ｘ５的次網(wǎng)格并逡逑且賦上離它們最近的原始格點(diǎn)的值。也就是說(shuō)，圖中打灰色陰影線的次網(wǎng)格格點(diǎn)逡逑賦上原始格點(diǎn)２的值，而其它的次網(wǎng)格賦上原始格點(diǎn)５的值。轉(zhuǎn)換后新網(wǎng)格格點(diǎn)逡逑上的值就是這５ｘ５次網(wǎng)格格點(diǎn)值的平均。至此，完成一個(gè)新網(wǎng)格格點(diǎn)的轉(zhuǎn)換。逡逑１４逡逑

逡逑圖２．２所示的區(qū)域。逡逑0。－邋Ｈｒ逡逑＿＿Ｉ邐Ｉ邐、、一１、１邋￣邐１邋￣＇邐Ｉ逡逑７５°Ｅ邐９０°邋Ｅ邐１０５°Ｅ邐１２０°Ｅ邐１３５°Ｅ逡逑圖２．２所使用的模式預(yù)報(bào)和評(píng)估的范圍示意圖。最外圍的黑色框?yàn)椋欤玻耄恚祝遥颇Ｊ降念A(yù)報(bào)逡逑范圍，內(nèi)圈紅色框?yàn)椋矗耄礤澹祝遥颇Ｊ降念A(yù)報(bào)范圍，中間的灰色區(qū)域?yàn)樵u(píng)估區(qū)域，其中數(shù)字１逡逑為評(píng)估區(qū)域１邋（江淮區(qū)域），數(shù)字２為評(píng)估Ｅ域２邋（華南區(qū)域）。逡逑網(wǎng)格的轉(zhuǎn)換使用ｎｅｉｇｈｂｏｒ邋ｂｕｄｇｅｔ邋ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ插值方法１ＳＴ｜，是－種降水面積逡逑守恒的插值方法。通過(guò)下圖２．３來(lái)具體說(shuō)明。原始的網(wǎng)格是用黑色的實(shí)線來(lái)表示逡逑的，轉(zhuǎn)換后得到的新網(wǎng)格線為黑色短虛線。首先，將新網(wǎng)格分成５ｘ５的次網(wǎng)格并逡逑且賦上離它們最近的原始格點(diǎn)的值。也就是說(shuō)，圖中打灰色陰影線的次網(wǎng)格格點(diǎn)逡逑賦上原始格點(diǎn)２的值，而其它的次網(wǎng)格賦上原始格點(diǎn)５的值。轉(zhuǎn)換后新網(wǎng)格格點(diǎn)逡逑上的值就是這５ｘ５次網(wǎng)格格點(diǎn)值的平均。至此，完成一個(gè)新網(wǎng)格格點(diǎn)的轉(zhuǎn)換。逡逑１４逡逑

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