ATMS与CrIS卫星辐射资料同化影响青藏高原天气要素预报效果的研究

摘要

利用WRF模式和GSI同化系统同化美国最新一代的ATMS和CrIS卫星资料，探讨卫星辐射资料同化对青藏高原天气要素预报准确性的影响。进行了四组试验模拟，即无资料同化的控制试验(CTRL)和三组同化试验，三组同化试验分别为:只用常规观测资料进行同化(CONV)、常规观测资料和ATMS卫星资料同化(ATMS)、常规观测资料和CrIS卫星资料同化(CRIS)。分析了模式对2015年1月及7月的温度场、相对湿度场和风场的预报能力，除了分析近地表2米处温度场、2米处相对湿度场及10米处风场外，也分析了高地形区域以及低地形区域不同高度层上气象要素的预报能力。ATMS和CRIS同化对青藏高原天气要素的预报效果显示，ATMS同化试验可以有效地增进7月份低地形区域的2m温度场、7月份高地形区域2m相对湿度场以及1月份高地形区域10m风场的F24H（0-24小时）、L24H(24-48小时)预报能力;CRIS同化对1月份高地形区域2m温度场F24H预报、1月份与7月份高地形区域10m风场F24H与L24H预报有改善效果。就垂直分层而言，CRIS同化试验中不管在哪个高度分层都无法有效地改进模式预报能力，ATMS同化试验则对不同分层、不同变量场有着不一样的预报效果影响。资料同化后温度场预报主要的误差来源是系统性误差，而相对湿度场和风场在同化后主要误差是由非系统性误差所造成。整体上ATMS同化试验效果优于CRIS同化试验，同化后对风场预报效果较温度场及相对湿度场要好。
　　此外，对2015年7月青藏高原的降水进行分析，结果表明模式预报的月平均降水在高原的迎风侧有高估且降水带有向北移的现象，而在雨带的南侧存在降水量的低估。此外，雨影效应主要影响降水量级的预测，但主要的降水带依然可以成功预报。模式模拟的F24H和L24H的降水偏差主要高估了降水量，这与以前的研究一致。但是在7月的3-5日，13-16日和22-25日这三次强降水期间，F24H累积降水量被低估。7月3-5日模式中预报的水汽传输量比观测要小，导致模式无法准确预报强降水事件的降水量。将资料同化预报结果与CTRL比较，资料同化可以改善强降水事件的预报，尤其是ATMS更可大幅度改善降水在空间和时间上的变化。总体而言，尽管在高海拔和复杂地形的影响下，卫星资料同化可以提高2015年7月WRF-ARW模式在青藏高原上的预报水平。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 青藏高原天气预报的科学意义

1．2 高原数值天气预报的研究现状

1．3 资料同化研究的进展

1．4 卫星资料同化应用研究进展

1．5 青藏高原卫星资料同化的科学意义

1．6 本文主要研究内容

第二章 模式与资料

2．1 WRF数值模式

2．2 GSI同化系统

2．2．1 GSI同化系统

2．2．1 CRTM辐射传输模式

2．3 背景场数据

2．4 观测资料

2．5 同化资料

2．6 卫星亮温资料的预处理

2．6．1 质量控制

2．6．2 通道选择

2．7 同化效果在微波和红外信号上的表现

第三章 研究方法与试验方案设计

3．2 GSI同化试验方案设计

3．3 研究方法

第四章 ATMS、CrIS卫星辐射资料同化对青藏高原天气要素预报的效果分析

4．1 试验结果分析

4．1．1 同化对温度场的影响

4．1．2 同化对湿度场的影响

4．1．3 同化对风场的影响

4．2 本章小结

第五章 ATMS、CrIS卫星资料同化对青藏高原降水预报的影响

5．1 资料同化对降水预报空间分布的影响

5．2 资料同化对降水预报时间演变的影响

5．3 资料同化对水汽输送的影响

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 主要结论

6．2 特色与创新

6．3 讨论与展望

参考文献

作者简介

致谢