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《南京信息工程大学》 2012年
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天山地区暴雨数值模拟及资料同化的研究

廖芷仪  
【摘要】:本文利用WRF中尺度数值模式模拟了三次发生在新疆天山地区的降水过程,并对第三次降水过程作三维变分同化和预报试验。这三次降水过程分别是2004年7月17日20时—7月21日08时的大降水过程、2007年7月15日08时—7月18日08时的强降水过程和2007年8月11日20时—8月14日08时的强降水过程。主要结论概括如下: (1)WRF模式具有模拟天山地区暴雨天气过程的能力。同时也表明新疆地区降水主要是斜压扰动触发,是在大尺度天气系统基础上叠加中小尺度对流系统活动的背景下发生的,这与我国东部大陆下垫面较均匀的热力场中受局地对流系统影响较多的暴雨过程很不一样。 (2)对于大尺度强迫作用较强的暴雨,尤其是层状云降水为主的暴雨,云微物理对降水的影响远大于积云对流、辐射和行星边界层对降水的影响。比较而言,除高层的水汽条件以外,其他物理量场(包括降水场、动力场和热力场)中积云对流是所有物理过程中影响最小的。模式对降水预报结果的好坏几乎全部来自网格尺度降水所做的贡献,在9km网格尺度的分辨率下,微物理参数化方案中Thompson方案的预报效果最好。 (3)构造适合新疆区域的背景误差协方差矩阵对天山地区暴雨的数值模拟很重要。同化探空资料后对降水的模拟,使用本地化的背景误差协方差进行特征尺度调整后比使用全球化的背景误差协方差(量级和降水发生时间)具有明显优势,因为前者可以有效吸收观测资料的同时能更多地保留初始场的动力协调性。 (4)分别同化新疆地区自动气象站资料、探空资料和卫星资料,其分析场都比背景场更接近于当时的实际大气状况,但不同的资料对背景场的影响有差异,尤以探空资料的同化效果改善最显著。从技巧评分和统计角度来看,资料同化能稳定地改善天山地区暴雨的数值模拟水平,其中探空资料同化对降水预报改善最明显,技巧评分提高了0.115。另外,对自动站资料的引入要素做敏感性同化试验得出,进入三维变分系统的同化要素(温、压、风、湿)都分别在一定程度上影响了模式预报,其中,风场资料对物理量场的预报影响最大,气压资料对降水的预报技巧有着最强的影响。增加自动站的同化频次后降低了漏报现象,模拟的降水量与观测值更接近。
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