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GPS可降水资料在西安地区天气预报中的应用分析

刘聪  
【摘要】:水汽对天气和气候有重要的影响,特别是在暴雨、强对流天气发生时,其扮演着重要角色。全球定位系统(Global Positioning System,GPS)基础数据解算得到的水汽观测资料,是对常规水汽观测资料的有力补充。将GPS水汽资料应用到数值模式的研究中,可以进一步加深对降水发展变化机理的认识,对提升预报能力有着重要意义。本文利用西安地基GPS水汽资料对西安市的几次降水天气过程进行分析,归纳出GPS可降水量和观测降水量之间的统计学关系,分析了西安市GPS可降水数据的季节性特征;在此基础上将GPS水汽资料利用WRFDA同化系统引入WRF模式的初始场中,对2011年7月28日-8月1日发生在西安地区的降水过程进行数值模拟试验,主要结论如下:(1)通过对大气探测水汽资料数据和GPS水汽数据进行质量对比,发现两者表现出较好的一致性,说明GPS水汽观测资料可以作为研究和分析暴雨中尺度系统发展演变的重要资料之一。利用临潼站水汽数据对PPP和双差法两种解算方法进行比较,发现PPP法相较于双差法其稳定性较差,存在解算变幅大的问题,所测算的数据稳定性不能满足天气预报业务应用相关要求,所以双差法较好,更适合GPS水汽资料的解算;(2)通过对西安站2013年8月17日至18日、2015年8月2-3日两次天气过程中水汽含量数据分析显示,西安地区降水过程中GPS观测得到的大气可降水量资料在降水过程呈降水后置和口袋型两种表现形式,其中GPS大气可降水量资料的第二种变化形式在降水预报中可以为业务人员提供重要的参考信息。(3)通过对西安地区的GPS/PWV在不同季节降水过程中的变化特征分析发现,春冬两季GPS/PWV保持了较为平稳的变化趋势,在降水前可见其增长期,且持续时间较长。夏季降水具有变化快的特点,发生降水前一般不会积累较长时间的水汽。特别是在短时强降水发生时一般大于均值,但是因其超过均值的幅度并不大,所以认为GPS可降水资料在夏季强降水过程中不具有较为显著的指示意义。(4)针对2011年7月28日-8月1日陕西一次区域性暴雨天气过程为例,利用NCEP全球预报系统(Global System of Forecasting,GFS)分析场资料作为背景场,通过WRF三维变分系统对7月30日1200UTC的常规探空、常规地面、地面自动气象站及西安地区7个地基GPS站水汽总量观测数据进行同化分析,发现随着GPS水汽资料同化进入模式后,对初始湿度场、高度场风场、温度场和模式预报能力有一定的改进作用,能够成为改进西安本地数值模式预报性能的途径之一。


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