多普勒雷达径向速度三维变分同化方法试验研究

摘要

利用美国NCAR的三维变分同化系统实现多普勒雷达径向速度资料的同化，结合中尺度模式WRF，以个例方式研究了其在不同的中尺度暴雨及台风数值预报中的作用。对2005年7月30日00：00-12：00(UTC)的“上海暴雨”和2002年8月31日00：00-24：00(UTC)的15号台风鹿莎进行了中尺度数值模拟，通过同化试验、数值模拟试验和控制试验的对比和分析得到如下结论： (1)以暴雨为个例的三维变分同化试验结果表明，多普勒雷达径向速度资料的主要作用在于调节暴雨的初始动力场，调节了对暴雨区及其邻近区域风矢量场、散度场、垂直速度场的描述，提高了数值模拟试验降水结果的TS评分。 (2)以台风为个例的三维变分同化试验结果表明，多普勒雷达径向速度资料的主要作用在于调节台风的初始涡旋中心位置及结构。对台风的数值模拟试验表明，同化多普勒径向速度资料后的初始场，可以使模式改善台风的登陆路径及其降水分布的预报。 (3)与控制试验相比，由WRF3Dvar系统同化的具有较高分辨率的雷达径向速度资料，可以将局地边界层内的动力场演变特征同化到中尺度模式中。通过对暴雨、台风的物理机制描绘的改进，提高中尺度模式结构的稳定度，使模式的各要素分布趋于真实，为数值模拟试验提供了较为真实的初始场。 通过对多普勒雷达径向速度资料的三维变分同化表明：3DVAR同化能够有效地同化雷达径向速度资料，通过对该资料的同化，产生一个动力上和物理上都与模式协调的初始场，从而使中尺度数值模式各要素场在同化伊始就有明显的改进和提高，能够将控制试验所没有包含的中尺度系统反映出来，具有明显的非线特征。特别是WRF模式和3DVAR能有效同化雷达径向速度资料，并对具有不同热动力结构的暴雨和台风有较强的模拟能力，为暴雨、台风等强天气过程的短时预报和临近预报奠定了基础，有着一定的应用前景，随着我国新一代天气雷达网在2005年的建成，如何有效的利用多普勒雷达观测资料用于中尺度数值预报，进行准确、及时的预报，尽量减少其危害，是当前乃至未来的一个重要研究课题。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章三维变分同化方案简介

第三章多普勒雷达及其资料同化的方案设计

第四章多普勒雷达暴雨资料三维变分同化试验

第五章多普勒雷达台风资料三维变分同化试验

第六章总结与讨论

致谢

参考文献

论文附图一

论文附图二