雷达反射率因子间接同化在飑线数值模拟中的应用

论文摘要

近年来随着数值天气预报技术的发展,目前中尺度数值预报模式在许多方面日臻成熟,同时现在的计算机能力已使过去难以想象的各种各样精细的中、小尺度天气学数值模拟研究得以实现,中尺度业务数值预报也在许多国家先后开展起来。目前探空站网点之间的距离为300公里或更多些,含有的信息主要代表了天气尺度及大尺度系统的特征。若仅用常规探空资料,则会较大程度地漏掉中小尺度系统,雷达资料的应用则可部分弥补这一缺陷,研究结果表明用雷达资料优化后的初始场能够更详细、客观的描述暴雨中尺度系统的特征,显著提高了模式对降水特别是甚短时降水的落区和量级的预报准确率。本文使用NCEP1°×1°逐6h分析资料、雷达观测资料对2009年6月14日飑线过程发生的大、中尺度背景进行了分析。使用NCEP fnl全球分析资料和新一代天气雷达资料,对该过程进行了数值模拟和间接同化雷达反射率因子试验,分析了飑线系统的演变过程及降水区域,结论如下：（1）雷达资料的预处理和质量控制（包括去除地物杂波和孤立点、退模糊速度、数据填补与平滑处理、稀疏化）可以去除噪声和减少资料间的相关性,有利于同化的实施。（2）在雷达反射率因子间接同化方面：雷达反射率因子的间接同化,湿度场的适应是非常明显的,湿度分析场的变化明显,引起的气压场变化也明显,雷达反射率因子的同化对中尺度强降水预报的改善是显著的。（3）在飑线降水的数值模拟方面,在控制试验中已经发现了降水的数值模拟结果比实际观测是雨量偏小的,同化雷达反射率因子资料以后,能够增加控制试验的模拟降水量,根据雷达基本反射率因子同化试验与控制试验的对比,可以发现,降水落点和降水量得到改善,降水量增加了10-30nmn。表明雷达基本反射率因子的同化对飑线降水预报是有相当大改善的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 数值模式发展概论
• 1.2 加入雷达资料改变初始场的研究意义
• 1.3 雷达资料改变初始场应用研究进展
• 第二章 WRFV3.0模式系统介绍
• 2.1 WRF数值模式特点简介
• 2.2 ARW的程序结构介绍
• 2.2.1 ARW模式结构设计
• 2.2.2 垂直坐标和变量
• 2.3 模式物理过程及参数化
• 2.3.1 辐射过程参数化
• 2.3.2 微物理过程
• 2.3.3 积云对流方案
• 2.3.4 边界层参数化方案
• 2.3.5 陆面过程参数化
• 第三章 雷达资料预处理
• 3.1 雷达资料简介
• 3.2 雷达资料预处理和质量控制
• 3.3 等高平面位置显示（CAPPI）相关计算
• 3.3.1 径向和方位上的垂直和水平线性内插
• 3.3.2 程序设计
• 第四章 雷达反射率因子与模式的关系
• 4.1 将雷达回波强度转化成雨水混合比加入模式
• 4.2 WRF模式接口问题
• 4.3 数据准备
• 4.3.1 反射率因子数据
• 4.3.2 NECP FNL全球分析资料
• 第五章 2009年6月14日飑线过程的数值试验
• 5.1 引言
• 5.2 气象要素变化特征
• 5.3 天气背景
• 5.4 不稳定能量分析
• 5.4.1 假相当位温
• 5.4.2 对流有效位能
• 5.4.3 其它对流指数
• 5.4.4 不稳定指数对比分析
• 5.4.5 大气位温和风的垂直结构分布
• 5.4.6 大气对流层上空低温分析
• 5.5 基于1°×1°的NCEP资料客观分析
• 5.5.1 水汽条件分析
• 5.5.2 边界层辐合上升运动
• 5.6 飑线天气过程的卫星云图特征
• 5.7 飑线天气过程的雷达回波特征
• 5.7.1 CR回波演变分析
• 5.7.2 华东雷达拼图分析
• 5.7.3 中尺度径向辐合
• 5.7.4 风廓线分析
• 5.7.5 垂直液态含水量（VIL）
• 5.8 数值模拟
• 5.8.1 物理方案
• 5.8.2 飑线的演变过程模拟
• 5.8.3 模拟降水场与实况的对比
• 第六章 2009年6月14日飑线过程间接同化的数值试验
• 6.1 降水量预报场分析
• 6.2 模拟涡度场分析
• 6.3 雷达回波分析
• 第七章 总结与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 本文创新点
• 7.3 存在的问题和下一步的工作
• 参考文献
• 作者简介
• 在读期间发表论文
• 致谢
• 论文附图