初始误差在风暴尺度系统中增长特性研究

论文摘要

对于风暴尺度天气系统,目前“单一”确定性预报仍然存在较大困难。鉴于集合预报技术在中期数值预报中所取得的巨大成功,因此对风暴尺度系统引入集合预报技术就成为一个自然的选择。但由于风暴系统的高度非线性,中期集合预报技术并不适用于风暴尺度系统,尤其是初始扰动方法。因此需针对风暴尺度系统的特性,研究合适的初始误差引入方法,以及它们增长、传播和演变的特性。基于上述考虑,本文利用WRF模式,选择两种不同类型的风暴单体研究初始误差在风暴发展过程中的发展和演变特征;结果表明:1)初始误差在模式启动之后,无论误差在初始时刻以何种方式引入,在整个模拟过程中误差仅仅在对流区域(水平和垂直方向)存在,并随风暴的发展而不断增长扩大。2)在模式积分过程中,不同物理变量的误差峰值在垂直方向上分布位置不同(温度场分布在模式顶层,而风场的峰值分布在对流层中层。)3)初始误差对风暴的类型改变,产生与否没有影响;但对风暴强度以及位置有一定程度的改变,但改变甚小。4)初始误差发展演变过程中,初始几十分钟误差的发展演变与初始引入误差有紧密联系,但之后误差的发展就完全由环境场所控制。5)初始误差的增长与风暴强度增强减弱变化过程有非常一致的对应关系(指在误差进入饱和阶段之前)。同时风暴类型不同,误差引入后,风暴的发展和误差的发展也略有不同:1)对超级单体风暴,初始误差没有改变风暴的类型及其发展演变的速度,但能改变其强度和位置;2)对多单体风暴,初始误差同样没有改变风暴发展演变速度,但对风暴对流单体在空间上的分布及对流单体的强度有较大改变;3)在全域扰动试验中,模式启动之后除产生多单体风暴外,在模式积分区域的其他地方还有新的对流单体产生,同时改变了风暴生命史,多单风暴提前结束。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 集合预报的概念
• 1.2 集合预报的研究进展
• 1.3 风暴尺度集合预报的基本问题
• 1.4 本文研究目的和意义
• 1.5 本文各章主要内容
• 参考文献
• 第二章 WRF模式介绍
• 2.1 引言
• 2.2 WRF模式特点简介（V2.0）
• 2.3 WRF模式动力框架
• 2.4 模式物理过程及参数化
• 2.4.1 云微物理过程
• 2.4.2 积云对流方案
• 2.4.3 其他物理方案
• 2.5 WRF模式的运行流程
• 2.6 本章小结
• 参考文献
• 第三章 风暴特征与模拟
• 3.1 “真实”风暴初始大气层结特征
• 3.2 模式参数选择及初始场生成
• 3.2.1 超级单体风暴
• 3.2.2 多单体风暴
• 3.3 “真实”风暴的模拟
• 3.3.1 超级单体风暴的发展演变特征
• 3.3.2 多单体风暴发展演变特征
• 3.4 超级单体风暴与多单体风暴对比
• 3.5 本章小节
• 参考文献
• 第四章 超级单体风暴中误差发展演变特征
• 4.1 引言
• 4.2 试验设计
• 4.3 误差结构和传播
• 4.3.1 水平误差分布和传播
• 4.3.2 垂直误差分布和传播
• 4.4 误差增长特征
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 多单体风暴中误差增长特征
• 5.1 引言
• 5.2 试验设计
• 5.3 误差结构和传播
• 5.3.1 水平误差分布和传播
• 5.3.2 垂直误差分布和传播
• 5.4 误差增长特征
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 研究目的
• 6.2 主要结果和讨论
• 6.3 有待进一步研究解决的问题
• 致谢