论文题目: 多普勒天气雷达资料分析及同化在暴雨中尺度天气系统数值模拟中的应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 大气物理学与大气环境
作者: 李柏
导师: 张沛源
关键词: 暴雨,中尺度天气系统,多普勒天气雷达,雷达定量估测降水,数值模拟,同化
文献来源: 中国气象科学研究院
发表年度: 2005
论文摘要: 梅雨锋暴雨是发生我国江淮流域和长江中下游地区春末夏初的重要天气现象。近年来的许多研究成果表明:梅雨锋暴雨过程是由活动在其上的中尺度天气系统引发的,中尺度天气系统是由许多积云尺度的系统构成。中尺度系统是在天气尺度或中间尺度(中—α尺度)系统的背景下产生的。只要有利的天气尺度条件不变,这种中尺度天气系统就可以反复地产生,从而造成较持久的降水过程,形成暴雨。 本文在全面分析了国内外梅雨锋暴雨和中尺度天气系统研究的基础上,根据我国目前正在开展的新一代天气雷达网和地面雨量站网的建设状况,以及中尺度数值模式和变分同化技术的发展状况,提出了利用江淮流域和长江中下游的多部新一代天气雷达组成的雷达网的信息和雨量信息并利用国内外成熟的先进算法进行雷达与雨量计联合定量估测降水和雷达风廓线的反演信息,并利用四维变分同化技术与中尺度数值模式MM5相结合,开展江淮流域的梅雨锋暴雨过程机理研究。对2003年6月26日12:00—27日12:00(UTC)和2003年7月8日12:00—7月9日12:00(UTC)两次梅雨锋暴雨过程进行了中尺度数值模拟,通过同化试验与控制试验的对比和分析得到如下结论: (1) 造成上述两次暴雨过程的中尺度天气系统,主要是沿梅雨锋移动的中—β尺度的气旋,局部的对流性降水主要与其上的中—γ尺度涡旋有关。 (2) 利用我国新一代天气雷达信息和地面雨量计信息,采用目前国内外的先进的、成熟的算法开展雷达与地面雨量计联合估测降水,在国内首次利用多部新一代天气雷达组网资料开展大范围的定量估测降水工作。多部新一代天气雷达组成的定量估测降水信息,即能够反映出中尺度天气系统特征,又能够反映大尺度天气系统的结构特征。多部新一代天气雷达组网获得的定量估测降水资料是四维变分同化的理想信息。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章：引言
1.引言
1.1 暴雨是由中尺度天气系统产生的
1.2 我国的暴雨研究
1.2.1 淮河流域能量与水分循环试验研究
1.2.2 海峡两岸及临近地区暴雨试验研究
1.2.3 我国重大灾害天气形成机理与预测理论研究(973项目)
1.3 中尺度研究现状
1.3.1 中尺度系统活动与大尺度之间的关系
1.3.2 中尺度诊断分析的主要成果
1.3.3 中尺度数值模拟和数值预报的研究成果
1.3.4 雷达和卫星等遥感遥测资料的同化研究
1.3.4.1 三维变分同化技术发展
1.3.4.2 四维资料同化
1.3.4.3 雷达资料和卫星资料反演技术的发展
1.4 探测技术进步与发展对中尺度研究的作用
1.5 新一代中尺度模式发展趋势
1.6 未来中尺度研究的地位、问题和任务
参考文献
第二章：利用雷达资料定量估测降水
2.雷达资料定量估测降水
2.1 雷达定量估测降水的原理
2.2 雷达定量估测降水的国内外进展
2.3 雷达估测降水的方法
2.3.1 平均校正法
2.3.1.1 原理
2.3.1.2 缺点
2.3.2 最优插值法
2.3.2.1 原理
2.3.2.2 算法
2.3.2.3 特点
2.3.2.4 特点
2.3.3 变分校正法
2.3.3.1 原理
2.3.3.2 方法特点
2.3.3.3 缺点
2.3.3.4 说明
2.3.4 自适应卡尔曼滤波算法
2.3.4.1 原理
2.3.4.2 算法
2.3.4.3 方法特点
2.3.4.4 缺点
2.3.5 本文使用的方法
2.4 本文使用的雷达雨量计资料
2.5 降水过程概况
2.6 校准和评估数据
2.7 雷达估测降水结果评估
2.7.1 2003年6月26日20时——2003年6月27日08时降水过程
2.7.2 2003年7月8日20时——2003年7月9日20时降水过程
2.7.3 2003年6月20至7月12日对不同强度降水的估测结果
2.8 小结
参考文献
第三章：VAD技术反演风廓线方法及误差分析
3.VAD技术反演风廓线方法及误差分析
3.1 VAD技术反演雷达风廓线资料方法介绍
3.1.1 基本原理
3.1.2 求解方法
3.1.2.1 傅氏级数求解方法
3.1.2.2 均匀风场假定下牛顿迭代法(最小二乘法)
3.1.2.3 线性风场假定下的最小二乘法
3.2 VAD技术反演风廓线方法误差分析
3.3 小结
参考文献
第四章：中尺度数值模式MM5及暴雨过程
4.中尺度数值模式MM5及暴雨过程
4.1 中尺度数值模式MM5的动力学框架和主要物理过程
4.1.1 原理
4.1.1.1 基本方程组
4.1.2 模式的水平及垂直结构
4.1.3 时间分裂方案
4.1.4 侧边界条件
4.1.5 模式物理过程处理方法
4.1.5.1 水平扩散
4.1.5.2 干对流调整
4.1.5.3 降水物理过程
4.1.5.3.1 可分辨尺度降水物理过程
4.1.5.4 行星边界层物理过程参数化
4.1.5.5 大气辐射参数化
4.2 暴雨过程数值模拟方案设计及资料
4.2.1 模拟方案设计及模式参数选取
4.2.2 数值模拟的资料
4.3 模拟过程天气背景简介
4.3.1 2003年梅雨期天气过程的降水概况和大尺度天气形势分析
4.3.1.1 降水概况
4.3.1.2 大尺度天气形势
4.3.1.3 梅雨锋暴雨过程期间的强降水特征
4.4 小结
参考文献
第五章：新一代天气雷达风廓线资料同化
5.新一代天气雷达风廓线资料同化
5.1 雷达风廓线同化的模式方案设计
5.2 控制试验与同化风廓线资料试验结果对比分析
5.2.1 控制试验与雷达风廓线资料同化试验的降水对比分析
5.2.2 雷达风廓线资料同化试验与控制试验风场对比分析
5.2.2.1 同化与控制试验的单站风廓线资料对比分析
5.2.2.2 同化试验与控制试验水平风场模拟结果对比分析
5.2.2.3 同化试验与控制试验模拟的10米高度单站风随时间演变特征对比分析
5.2.3 同化试验与控制试验差动涡度平流分析
5.2.4 雷达风廓线资料同化对模式层结构的影响
5.2.5 小结
参考文献
第六章：雷达定量估测降水资料同化分析
6.雷达定量估测降水资料同化分析
6.1 雷达定量估测降水资料同化的重要性
6.2 降水资料同化的研究与发展
6.3 雷达定量估测降水的四维变分同化
6.3.1 四维变分同化
6.3.2 四维变分对雷达定量降水资料的同化
6.4 雷达定量估测降水同化试验设计及资料
6.5 雷达定量估测降水资料同化对中尺度模式各要素场的作用
6.5.1 雷达同化试验与控制试验模拟降水对比分析
6.5.2 雷达定量估测降水资料同化对初始云水场的改进
6.5.3 同化试验对模式初始湿度场和温度场的改进
6.5.4 同化试验与控制试验模拟的对流和非对流降水对比分析
6.5.5 同化试验与控制试验的动力和热力的垂直结构对比分析
6.5.6 雷达定量估测降水资料同化对低层风场的影响
6.6 小结
参考文献
第七章：主要结论与存在问题
7.主要结论与存在问题
7.1 主要结论
7.1.1 雷达定量估测降水方面
7.1.2 在雷达风廓线的资料改进中尺度模式模拟方面
7.1.3 在雷达定量估测降水资料同化方面
7.2 存在的问题及今后工作努力方向
7.2.1 存在的问题
7.2.2 今后工作的努力方向
参考文献
致谢
发布时间: 2005-07-27
参考文献
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- [6].面向雷电预报的雷达、卫星遥感资料同化及其应用初步研究[D]. 杨艳蓉.南京信息工程大学2008