基于中尺度对流辐合体（MCC）的初始扰动方法研究

【摘要】：大气运动系统中包含着各种系统,而中、小尺度系统对于降水的影响有着重要的意义,中尺度系统中又包含孤立对流系统、带状对流系统和中尺度对流复合体(MCC),根据不同的系统设计合适的扰动方案是必要的。本文运用WRF3.0.1.1模式,针对中尺度对流复合体这一系统,根据该系统自身特点,设计适合MCC的初始扰动方案。主要结论如下： (1)通过对MCC系统模拟研究发现,在850hPa水汽通量大于17*10-3g·(cm·hPa·s)-1的范围和850hPa对流有效位能大于1000J·kg-‘的范围伴随着MCC发生发展过程,并且在整个过程中垂直切变都保持一个西北向的切变,区域平均的风切变表现为线性增长形式。 (2)叠加不同物理量场扰动,降水预报结果不同,其中湿度场扰动引起的降水差异最大,温度场扰动其次,风场扰动最不明显。误差伴随降水的增长过程具有升尺度特征。 (3)逐时区域平均降水存在0.5mm界限,当逐时降水在0.5mm以下时,扰动物理量不但不能激发对流,反而会抑制对流的发展,反之,大于0.5mm,则促进对流发展,对应的降水差异值占控制预报降水的百分比为30%。 (4)不同尺度的误差扰动反映出来的是内层小尺度(15km)的误差开始值较大,耗散快,增长慢；外层大尺度(45km)的误差受环境背景场的影响较大,为线性增长。 (5)针对温度场进行不同振幅扰动表明,扰动的振幅愈大,降水预报不确定性也愈大。同样叠加的温度扰动的振幅越小,所引起的降水误差在一定可预报时段也较小。但由于小振幅扰动发展速度快、影响大,因此较小尺度误差制约着的降水可预报性。 (6)增加了中小尺度信息的增长模繁殖方法在离散度上要大于直接的增长模繁殖方法,保证了预报过程中集合离散度的增长速度。对于系统东部的降水中心量级有一定的修正,整个区域的降水评分得到了提高。整个系统优于简单的增长模繁殖方法。 (7)初值扰动前期采用不同物理量繁殖的降水效果不同,全扰繁殖存在一个多波型的逐时区域平均降水差异,而单一变量繁殖为一波型振荡。全扰繁殖叠加比湿场扰动降水效果最好,温度繁殖叠加比湿场的扰动效果比较差。