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多普勒雷达资料直接同化试验研究

刘寅  
【摘要】:多普勒雷达资料具有很高的时空分辨率,可以解决目前中小尺度数值预报中资料分辨率不足的问题,因而近年来雷达资料在数值预报中的应用成为研究的热点。随着我国雷达网的建成,如何有效地将雷达资料应用到精细数值预报中,改善初始场,并提高我国中尺度暴雨预报水平是一个值得深入研究的问题。 本文利用中尺度数值模式WRF V3.2、WRF-3DVAR V3.2同化系统和自主构建的WRF-EnSRF同化系统,针对2003年7月4—5日发生在江淮流域的一次梅雨锋暴雨过程,采用NCEP再分析资料和合肥新一代天气雷达资料,进行了直接同化雷达径向风和反射率的试验。结论如下: (1)雷达资料的质量控制(包括去除地物杂波和孤立点、数据填补、平滑处理、调整仰角、数据粗化)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)使用3DVAR和EnSRF直接同化雷达资料时,同化径向风改善风场信息,对雷达的强回波带的位置有改进,同化反射率改进模式中的微物理量和动力场,有利于增加雷达回波面积,同时同化径向风和反射率可以结合两者的优点,使风场和雷达回波更加接近于实况。不同的同化间隔对同化结果都有正的效应,缩短同化间隔有利于同化结果的改进,但是优势并不明显。 (3)使用EnSRF同化反射率时,可以较准确的预报出降水中心,效果要优于使用3DVAR同化反射率,但是两者的降水中心的范围和降水量都偏大。同化径向风都可以对过量降水有明显的抑制作用,同时同化径向风和反射率的效果都要更好一些。 (4) 3DVAR和EnSRF的各组直接同化试验都能提高降水预报,但是3DVAR同化试验的TS评分要更高,改进更大。 (5)对于3DVAR来说,不同的背景误差协方差对于三维风场的影响主要表现在对水平风场的影响。循环同化对于垂直速度增量的改进不大,对水平风场改进较大,形成的辐合线较好地对应了暴雨雨带,更有利于降水的产生。对径向风的循环同化可以使雷达的回波带的位置与观测基本吻合,滤除一些孤立的较强的对流单体,可以准确的预报出暴雨的降水中心,对雨带范围改进很大。 (6)对于EnSRF来说,局部扰动的总体同化效果不如全场扰动的总体同化效果。使用局部扰动方案时,对扰动范围内的降水中心影响明显,对扰动范围外的降水中心影响较小。


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