本文選擇2012年7月21日發(fā)生在北京的強(qiáng)降水過(guò)程,基于WRF模式和歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心發(fā)布的全球集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品,利用集合變分混合(Hybrid)同化方法,實(shí)現(xiàn)了FY-3A衛(wèi)星微波資料的同化;對(duì)比了Hybrid同化方法和三維變分(3DVar)同化方法對(duì)暴雨的模擬效果,分析了同化增量的分布;通過(guò)敏感性試驗(yàn),研究了基于Hybrid同化方法同化不同微波資料時(shí),資料的稀疏化尺度及混合系數(shù)對(duì)同化模擬效果的影響;對(duì)比了美國(guó)NOAA-16衛(wèi)星和我國(guó)FY-3A衛(wèi)星的微波資料在Hybrid同化方法中的應(yīng)用效果。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):利用Hybrid方法同化FY-3A微波資料后能有效提高暴雨的預(yù)報(bào)精度,相對(duì)于3DVar方法,Hybrid方法能有效減少虛假?gòu)?qiáng)降水模擬,模擬的強(qiáng)降水中心位置更接近實(shí)況。兩種同化方法同化FY-3A微波資料均能改變初始場(chǎng)信息,但是增量的大小和分布卻有明顯差異。Hybrid方法的同化增量分布表現(xiàn)為非均勻性和各向異性,具有“流依賴”的特征。利用Hybrid方法,無(wú)論是單獨(dú)同化FY-3A微波溫度計(jì)、單獨(dú)同化FY-3A微波濕度計(jì)還是同時(shí)同化這兩種微波資料都能改善降水模擬效果,但是改進(jìn)的程度不盡相同。同時(shí)同化兩種微波資料時(shí),對(duì)暴雨及特大暴雨的模擬效果較好。從同化增量來(lái)看,同化微波溫度計(jì)資料主要影響同化增量的分布,同化微波濕度計(jì)資料主要影響同化增量的大小。針對(duì)本次暴雨過(guò)程及模式設(shè)計(jì),Hybrid方法中的混合系數(shù)取0.5,資料稀疏化尺度取120km時(shí),降水模擬效果最好。對(duì)比分析了利用Hybrid同化方法同化兩顆不同衛(wèi)星的微波資料結(jié)果顯示,經(jīng)過(guò)質(zhì)量控制后,進(jìn)入同化模式的NOAA衛(wèi)星AMSU-A資料的通道數(shù)要多于FY-3A衛(wèi)星微波溫度計(jì)。AMSU-B資料的通道數(shù)和FY-3A衛(wèi)星微波濕度計(jì)相同,但是有效資料要明顯少于后者。通過(guò)偏差訂正后,NOAA衛(wèi)星微波資料和FY-3A微波資料進(jìn)入同化模式中的系統(tǒng)誤差均有效減少,且分布趨向合理,兩種衛(wèi)星資料的偏差訂正效果相當(dāng)。相對(duì)于同時(shí)同化NOAA衛(wèi)星AMSU-A和AMSU-B資料,同時(shí)同化FY-3A衛(wèi)星微波溫度計(jì)和微波濕度計(jì)資料對(duì)暴雨和特大暴雨的模擬結(jié)果要更好。對(duì)于初始場(chǎng)的調(diào)整,都表現(xiàn)為微波溫度計(jì)資料的作用更大,風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)和相對(duì)濕度場(chǎng)同化增量分布與單獨(dú)同化溫度計(jì)資料的結(jié)果相似。
【學(xué)位單位】：國(guó)防科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P456.7;P412.27
【部分圖文】：

圖 2.2 2012 年 7 月 21 日 02 時(shí) 22 日 02 時(shí) 24 小時(shí)累積降水實(shí)況（單位：mm）2.5 檢驗(yàn)方法2.5.1 單點(diǎn)觀測(cè)試驗(yàn)單點(diǎn)同化試驗(yàn)是考察背景誤差協(xié)方差特征的有效方法。在指定的觀測(cè)單點(diǎn)附近的同化增量能夠有效反映背景誤差協(xié)方差的作用。當(dāng)觀測(cè)為單一變量oy 時(shí)，同化后得到最終的分析增量可以表達(dá)為[64]：1( ) ( )T Ta b o bx x BH HBH B y Hx (2.5)式中 ax為分析場(chǎng)， bx為背景場(chǎng)，其余符號(hào)定義同本章 2.2 節(jié)一致。由于 為單一觀測(cè)量，則（2.5）式中1( ) ( )To bHBH B y Hx 部分為標(biāo)量。2.5.2 SAL 評(píng)分SAL 評(píng)分是評(píng)估區(qū)域內(nèi)的降水預(yù)報(bào)效果的一種方法，對(duì)降水預(yù)報(bào)的位置(L，

圖 3.1 同化試驗(yàn)?zāi)M區(qū)域3.1.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)為了比較 Hybrid 同化方法和三維變分方法同化 FY-3A 衛(wèi)星微波資料的能力針對(duì) 北京 7.21 暴雨 設(shè)計(jì)了 3 組試驗(yàn)：控制試驗(yàn)（control），不同化任何資料以 ERA 的 0.75°×0.75°再分析資料作為初始和邊界條件積分模式；三維變分同化驗(yàn)（3DVar-FY），用傳統(tǒng)的三維變分同化方法同化 FY-3A 微波濕度計(jì)和溫度計(jì)料，以控制試驗(yàn)的初始場(chǎng)作為同化試驗(yàn)的背景場(chǎng)，靜態(tài)背景誤差協(xié)方差使用 NM方法構(gòu)造；Hybrid 同化試驗(yàn)（Hybrid-FY），利用 Hybrid 同化方法同化 FY-3A 波濕度計(jì)和溫度計(jì)資料，以控制試驗(yàn)的初始場(chǎng)作為同化試驗(yàn)的背景場(chǎng)，集合樣本由 TIGGE 提供的 50 個(gè)集合擾動(dòng)場(chǎng)構(gòu)成，背景誤差協(xié)方差采用靜態(tài)背景誤差協(xié)差和集合協(xié)方差組成的混合協(xié)方差，混合系數(shù)取 0.5�？紤]到 FY-3A 微波資料具不同時(shí)間段掃描區(qū)域不同的特點(diǎn)，將同化時(shí)刻選定為 7 月 21 日 02 時(shí)，同化時(shí)為三小時(shí)，此時(shí)段掃描區(qū)域能覆蓋整個(gè)模擬區(qū)域（圖 3.2）。各試驗(yàn)具體方案及

2 FY3A-MWHS(風(fēng)云 3A 微波濕度計(jì))2012 年 7 月 21 日 00：44 分到 02：30 掃描表 3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)名稱 試驗(yàn)方案 試驗(yàn)?zāi)吭囼?yàn)trol模式從 7 月 20 日 20 時(shí)起報(bào)，初始場(chǎng)進(jìn)行 6h 模式調(diào)整（spin-up）至 21 日 02h，以此為模式預(yù)報(bào)初始場(chǎng)，積分模式至 7 月 22 日 02 時(shí)，模式起報(bào)初值和邊值均采用 ERA-interim 資料，預(yù)報(bào)時(shí)效為24h。檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降哪M效果分同試驗(yàn)r-FY采用三維變分同化方案，背景場(chǎng)采用 control 試驗(yàn)的初始場(chǎng)，背景誤差協(xié)方差采用 NMC 方法構(gòu)造，同化時(shí)間為 7 月 21 日 02 時(shí)，同化后積分模式至7 月 22 日 02 時(shí)，預(yù)報(bào)時(shí)效為 24h。檢驗(yàn)傳統(tǒng)同 化 方 案FY-3A 微對(duì)暴雨的果 同化驗(yàn)采用混合同化方案，同化資料、時(shí)間及背景場(chǎng)和積分時(shí)間同 3DVar-FY，集合樣本由 TIGGE 提供的 50 個(gè)集合擾動(dòng)構(gòu)成，背景誤差協(xié)方差采用靜態(tài)檢驗(yàn)混合同案同化 FY
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本文編號(hào)：2875950