【摘要】：中國南方汛期持續(xù)性強降水及其次生災(zāi)害給人民的生產(chǎn)和生活造成嚴重影響,是我國主要的災(zāi)害性天氣之一。延伸區(qū)域數(shù)值模式對持續(xù)性強降水的預(yù)報時效對防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。本研究旨在基于對中國南方持續(xù)性強降水過程形成機理的認識,建立區(qū)域模式動力延伸中期預(yù)報理論框架,發(fā)展針對持續(xù)性強降水過程的模式動力預(yù)報理論和技術(shù),為延伸持續(xù)性異常降水預(yù)報時效提供新方法和新思路。研究成果主要包含以下四個方面:(1)分析總結(jié)了中國南方持續(xù)性強降水過程的動力學(xué)理論基礎(chǔ),對不同類型持續(xù)性強降水過程的大尺度動力環(huán)流、大氣波動時空分布及大氣角動量輸送特征進行了統(tǒng)計分析,結(jié)果表明中國南方汛期持續(xù)性強降水的發(fā)生與行星尺度大氣波動異常密切相關(guān),是在特定的天氣和氣候背景下產(chǎn)生的。不同類型持續(xù)性強降水過程的大尺度環(huán)流及波動時空分布特征不同,華南前汛期類型的環(huán)流場調(diào)整發(fā)生在降水過程前3天,加深發(fā)展的東亞大槽(3-5波)與西伸的副熱帶高壓(1-2波)相互作用;華南后汛期環(huán)流場在降水過程前5天調(diào)整變化,低槽南壓(2-4波)發(fā)展與副熱帶高壓相互作用,并受高緯3波高壓脊的阻塞影響;江淮梅雨期環(huán)流形勢在過程前3天調(diào)整,50°N的低槽長波能量向短波傳遞,中低緯度副熱帶高壓西伸并北抬。持續(xù)性強降水過程前期有明顯的渦旋角動量輸送減弱,并隨時間從高緯度向低緯度傳遞,體現(xiàn)了中高緯度阻塞形勢的作用。降水過程中向北的輸送增加表明了東北-西南走向的天氣系統(tǒng)對氣流和水汽匯合的重要性。(2)從模式誤差來源分析及多尺度環(huán)流系統(tǒng)的模式預(yù)報評估方面對模式預(yù)報誤差進行了討論,全球預(yù)報場的超長波和長波較中小尺度波動有較長的預(yù)報時效,而區(qū)域模式對于中小尺度天氣有較好的預(yù)報能力,有效利用全球模式的大尺度預(yù)報場以及區(qū)域模式的中小尺度信息是本研究動力延伸預(yù)報理論的基礎(chǔ)。對于持續(xù)性強降水的預(yù)報,初邊值誤差在模式積分過程中不斷增加,導(dǎo)致區(qū)域模式內(nèi)場預(yù)報時效減小。側(cè)邊界濾波、多尺度混合更新初值方案以及內(nèi)場譜逼近分別是針對邊界場誤差、初值誤差以及模式內(nèi)場誤差的有效動力預(yù)報方法。(3)對中國南方不同類型持續(xù)性強降水個例分別進行了側(cè)邊界低通濾波、內(nèi)場低頻譜逼近及多尺度混合更新初值滾動預(yù)報試驗,并對區(qū)域模式預(yù)報的降水和環(huán)流場進行評估,對比分析表明,內(nèi)場譜逼近的方案對提前3-7天小雨以上量級的降水預(yù)報改進明顯,對大尺度環(huán)流場的改進主要體現(xiàn)在提前1-5天預(yù)報距平相關(guān)系數(shù)值較低的階段,對不同高度層高度場、溫度場、相對濕度及經(jīng)緯向風(fēng)場的均方根誤差均有較明顯的減小;側(cè)邊界濾波對提前5-7天降水預(yù)報改進明顯,對提前7-11天的溫度場、500hPa以上風(fēng)場及位勢高度場的預(yù)報誤差明顯減小,降水的改進效果主要基于大尺度關(guān)鍵環(huán)流系統(tǒng)以及水汽通量輻合強度位置的較好預(yù)報;更新初值滾動預(yù)報方案有效改進了逐日降水的中雨、大雨及暴雨量級降水的預(yù)報,對于提前5-11天50及100mm以上的過程累積降水預(yù)報有明顯改進,隨著提前預(yù)報時長的增加,改進率不斷增大,對于累積降水和比濕的均方根誤差改進率分別為6.2%及5.67%,對于高度場、溫度場及風(fēng)場的預(yù)報誤差有明顯減小,并且誤差減小值隨著預(yù)報時長的增加而增大。(4)對上述三種動力預(yù)報方案進行混合方案試驗,利用區(qū)域模式開展2016年中國南方汛期(4-8月)的批量預(yù)報試驗,并對不同類型降水的預(yù)報場進行對比分析。綜合方案對于2016年長江流域典型持續(xù)性強降水100mm以上累積降水的雨帶范圍預(yù)報有明顯的改進作用。在批量試驗預(yù)報中,對降水的改進主要表現(xiàn)在3-9天的預(yù)報中,尤其對中雨的改進最明顯,對持續(xù)性強降水過程50mm以上的累計降水強度和雨帶的預(yù)報明顯提高,預(yù)報時間越長,降水量級越大,綜合方案的預(yù)報優(yōu)勢越明顯。對于500hPa環(huán)流場的距平相關(guān)系數(shù)在0.8以及0.6以上的預(yù)報天數(shù)提高0.5天。對不同高度層的高度場、相對濕度場、溫度場以及風(fēng)場的預(yù)報誤差都有一定減小。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P426.6

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本文編號：2292730