ATOVS卫星资料同化对台风预报的试验研究

摘要

ATOVS 是先进的TIROS 业务垂直探测器(TOVS)的简称，主要搭载在美国NOAA-KLM 系列极轨气象卫星上（NOAA-15、16 、17 和18）。ATOVS 由3 个相互独立的仪器组成，分别为高分辨率红外探测器3 型(HIRS-3)、先进的微波探测器A 型(AMSU-A)和先进的微波探测器B 型(AMSU-B)。其中，HIRS-3 包含于卫星NOAA-15、 16 和17 上；AMSU-A 包含于卫星NOAA-15、16 和18 上；AMSU-B 包含于卫星NOAA-15、16 和17 上。本文利用美国国家大气研究中心（NCAR）开发的中尺度模式WRF(ARW)V3.2 及其三维变分同化系统3DVAR，首先，以2010 年11 号超强台风“凡亚比”为个例，采用连续循环同化的方法对ATOVS 卫星资料进行同化试验，探讨了同化ATOVS 不同卫星资料对“凡亚比”模拟的影响；其次，又以2010 年13 号台风“鲇鱼”为个例，针对三维变分同化没有时间维数的缺陷，根据卫星轨道观测的时间分布特点，尽可能缩小同化窗口，从而提高卫星资料的使用精度和效能，以此进行了对比试验分析。试验结果表明，1）采用连续循环同化的方法，可以合理地引入更多的ATOVS 卫星辐射率料，从而有效改善海面上常规观测资料稀少对台风预报的不足。2）同化ATOVS 不同资料均可有效改善台风强度，台风中心海平面气压平均偏差从42hPa 下降到18hPa，但不同资料间的差异并不显著，平均在6hPa 以内，这表明仅同化ATOVS 资料对台风强度的改善相对有限。3）对台风路径预报影响：第一，不同卫星的同一种传感器资料效果略有不同，同化NOAA-18 和NOAA-15 的AMSU-A 资料效果较好，NOAA-16 的AMSU-A 效果较差；同化NOAA-15 和NOAA-16 的AMSU-B 资料效果相当，且均优于AMSU-A 资料。第二，同一颗卫星不同传感器资料的差异较大，同化AMSU-B 资料的改善较为明显，HIRS-3 次之，AMSU-A 较差，而同时同化不同资料并没有带来更为明显的改善。第三，与仅同化一颗卫星的资料相比，同时同化多颗卫星的资料并不能带来一致性的改善，有可能导致同化效果下降。4）针对台风“鲇鱼”的试验表明，根据卫星轨道观测时间分布来选取分析时间和时间间隔的方法可使卫星观测信息更能准确代表分析时刻的大气真实状态，因而改善了初始场对台风强度和结构的描述，特别是对“鲇鱼”登陆后路径预报误差增大的趋势改善较为明显，进一步提高了ATOVS 资料在台风路径模拟中的使用效果。