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3.5维雷达资料变分同化技术及改进方案在WRF中的应用

张南  
【摘要】: 本文详细介绍了3.5维变分(3.5DVar)雷达同化技术和物理初始化方案(PI),并应用该技术同化多普勒雷达径向速度和反射率因子资料。 3.5DVar是变分同化技术的扩展,使用了连续的雷达体扫资料,考虑时间上的连续性,加入方程约束,逐步反演得到风场、动力场和热力场。试验中通过连续的3组多普勒雷达体扫资料,分三步获得分析增量,最后在背景场基础上更新模式变量。在此过程中,首先获得格点化的径向风观测信息,其用于第二步中在三个体扫的两个时间层上估计风速矢量,此风场分析值第三步中被用于反演中间时刻的扰动气压和位温。 另外,本文还讨论了风场反演中的弱约束作用,并在此基础上提出改进方法(PI3.5DVar)——将雷达回波资料经过物理初始化方法转换成垂直速度,并以观测资料的形式,作为弱约束条件加入到现有的3.5DVar风场反演的价函数中。同化的背景场由WRF模式提供,论文涉及到模式的衔接问题。 对2003年7月4—5日发生在淮河流域的暴雨过程进行了数值模拟试验,比较加入此弱约束前后的风场和热动力场,发现前后的差别和雷达回波的水平分布有关。在回波地区,有显著的垂直速度增量;但水平风场响应不明显。方程约束试验的结果也显示,其对风场的调节作用非常小,这可能是发展移动较快小尺度系统很难用简化的方程来进行描述的结果。最后,比较了同化前后的1~2小时降水预报,结果表明,同化雷达资料明显的改善了降水落区,在降水量的预报方面,PI3.5DVar强于原同化方案。


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