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一个中尺度多模式集合预报系统的建立及应用研究

吴政谦  
【摘要】:我国夏季华南暴雨多发、地形复杂、局地性强、持续时间长,一直是预报的难点。而集合预报在全球数值预报模式中的成功使得中小尺度短期集合预报系统研究得到突破发展。因此,本文在前人研究成果的基础上,利用多模式集合预报系统针对华南暴雨进行数值模拟分析,讨论模式差异及物理扰动之间差异,以及中尺度多模式集合预报必要性等问题。 本文选取BGM扰动方案,基于ARPS和WRF模式并采用不同的物理过程参数化方案建立了一个多模式、多初值、多物理过程的中尺度集合预报系统,并针对2010年6月19-20日的一次华南强降水过程进行分析。 本次暴雨过程两条雨带呈“V”字型分布,分别对应两个降水时段。这次强降水过程是在特定的环流背景下受500hPa低压槽、副热带高压、850hPa切变线、中尺度低涡共同影响造成的。同时,各物理量配置都是非常有利于暴雨的形成和发展的,这些物理量的有利因素与降水及背景场的演变一致,有着很好的对应关系。高低空急流配置造成的高低空的辐合辐散以及垂直环流,有利于暴雨的形成与发展。 通过集合预报系统数值模拟,结果表明:该集合预报系统能很好的模拟这次对初值及物理过程都非常敏感的强降水过程。相对于单一确定性预报而言,该集合预报能显著提高预报时效,能比控制预报提前24-36小时捕捉到强降水信息。 根据集合成员所隶属的模式及积云对流参数化方案的不同,将该集合预报分成子集合预报并进行对比分析。结果表明:该集合预报系统优于单一模式或者单一物理过程参数化的集合预报。对本次过程而言,集合平均对物理过程参数化方面带来的不确定性的改进比对模式不确定性方面的改进大得多。 最后根据各个成员本次过程预报结果的好坏,对其进行聚类分析。对于本次暴雨预报而言,低层的形势场对初值及物理过程扰动的响应比高层要敏感的多,这也是造成这次过程各个成员预报好坏的重要原因之一。


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