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雷达资料质量控制及风场和热动力场反演的三维变分方法研究

刘舜  
【摘要】:Doppler雷达的观测有较高的时间和空间分辨率,高精度的雷达观测在高精度天气分析和模式初始化方面有广泛的应用前景。但是雷达资料的应用主要受到以下两方面的限制,(1)雷达资料存在各种质量问题,诸如资料噪音、距离模糊、速度模糊、异常传播、地物回波和昆虫和生物飞行物回波;(2)雷达直接探测不是数值模式变量,三维风场,而是粒子运动在雷达径向投影。 为改进雷达资料的质量控制技术,各种雷达资料质量问题被实时监控并且作图形显示。同时,在这一系统中定义了几个质量控制参数被将其进行实时系统记录。在研究中,利用这些质量控制参数,发展了一个基于统计理论的雷达资料质量控制方案,用来鉴别各种雷达资料质量问题,特别是鉴别被生物飞行物,如迁徙的鸟破坏的雷达资料。这一新方案有效并且节省计算,这些性质非常实用于业务应用。 为从雷达观测径向风中获取更多有用信息,本文发展了一个利用变分同化技术从雷达资料反演风场和热动力场的新方法。新方法中利用两次体积扫描的观测资料,同时将反演量确定为两次体积扫描期间开始和结束时两个时刻的三维风场以及位于同化窗口中间时刻的热动力场。质量连续方程和运动学方程在反演中均被用做弱约束。新方法的优点是:(1)在反演时段内,天气系统的演变和平流都被予以考虑;(2)在目标函数中,分析径向风可以和观测径向风可以在确切的时间和空间点上进行比较,从而保证了目标函数中观测量和反演量的同时性;(3)可以方便地计算运动学方程中时间倾向项。使用模拟的雷达径向风观测资料的数值试验表明新方法可以提高反演精度。新方法同时被用于分析2001年梅雨期间的雷达观测的一次暴雨过程。


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