云迹风资料四维变分同化及其在暴雨预报中的应用

摘要

暴雨是一个复杂的天气现象，利用中尺度数值模式对暴雨进行模拟或预报是暴雨分析和预报中最常用的手段之一。在目前的技术水平下，数值模拟最大的误差往往源于初始分析误差而非模式本身。增加观测的数量、提高观测的质量、结合先进的同化方案改善初始场的分析质量，已成为提高数值预报准确率的一个有效技术途径。
　　 本文结合中尺度数值模式WRF，利用NCEP全球再分析资料和国家卫星中心提供的风云二号的云迹风反演产品，对2008年6月10日长江中下游地区一次梅雨暴雨进行了模拟和同化试验。在模拟中使用云迹风资料，分析比较了三维同化方案和四维同化方案对降水影响，计算了模拟结果与实况间的要素场均方差，分析了改进的情况，并初步探讨了此次暴雨的形成机制。结果表明，利用三维或四维方案同化云迹风资料，能够改善强降水预报的准确精度，其中，尤以四维方案对大暴雨的预报改善更为明显；通过分析两个同化试验对模拟结果的影响，发现它们均能在一定程度上改善要素的预报场。虽然仅同化的是风场的资料，但两个方案通过各自的协调，把其它要素场也改善了。总体来说，使用四维同化方案，能够更有效地调整初始场，降低各要素场的预报误差；诊断分析表明：此次大暴雨过程是在高空低槽和低层切变线的共同作用下发生的，并有高、低空急流与之配合，具有较好的动力条件。低空的西南急流，不但为产生暴雨提供了所需的水汽输送，也为造成暴雨强对流所需的位势不稳定提供了必要的能量。

目录

文摘

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声明

第一章 引言

1.1资料同化的研究进展

1.1.1牛顿松弛法

1.1.2最优统计插值法

1.1.3统计动力法

1.1.4卡尔曼滤波

1.1.5变分同化方法

1.3本文研究目的、方法和内容

1.3.1研究目的

1.3.2研究方法和内容

第二章云迹风资料研究进展

2.1云迹风资料在数值预报中的应用进展

2.2云迹风的计算原理

第三章WRF模式及变分同化系统简介

3.1模式简介

3.2 WRF模式三维变分系统简介

3.3 WRF模式四维变分系统简介

3.4 WRF4D-Var协系统结构

3.5 WRF模式三维和四维变分系统对比

3.6本章小结

第四章云迹风资料的变分同化试验

4.1模拟个例的降水实况和环流背景

4.2试验方案设计

4.3试验结果分析

4.3.1降水的分析

4.3.2同化试验的预报误差分析

4.4同化试验对模拟结果影响的进一步分析

4.5这次暴雨成因的探讨

4.5.1水汽条件分析

4.5.2热力不稳定条件分析

4.5.3动力条件分析

4.6本章小结

第五章均方差检验方案设计

5.1试验方案设计

5.2试验结果分析

5.3不同背景场的均方差检验

5.4均方差检验结果的验证试验

5.5本章小结

第六章结论与讨论

参考文献

致 谢