杨艳蓉[1]2003年在《多普勒雷达资料在数值模式中的应用试验》文中认为本文要探索的主要问题是如何把多普勒天气雷达观测资料用于中尺度数值预报，用多普勒雷达观测资料改进数值模式的初始场，看其效果。模式采用MM5中尺度数值模式第3版。 试验共分两大部分：其一是应用多普勒雷达风场反演资料。该资料是用双多普勒天气雷达同步立体扫描数据，通过MUSCAT技术，反演出风场。写成模式需要的格式，结合T106资料、SST资料以及地面、探空常规观测资料，构成初始场，进行模拟。其二是应用多普勒雷达PPI回波强度资料。根据经验定义出PPI图上回波强度值大于20dBz的观测点的相对湿度，计算出该点所对应的格点位置；按照模式需要，将相对湿度转化为露点温度，写成相应格式。结合T106资料、SST资料以及地面、探空常规观测资料，构成初始场，进行模拟。将模拟结果与控制试验的结果进行比较。 试验结果表明，在中尺度数值模式中利用多普勒雷达观测资料，对初始场进行修正，通过散度和垂直速度场等的调整，有效提高预报效果，使得雨区范围和雨量更接近实况。
许小永, 郑国光[2]2005年在《多普勒雷达反演技术及雷达资料在数值模式中的应用》文中研究说明近几十年 ,多普勒雷达资料 ,在强对流天气 监测及预报中广泛应用。随着我国新一代天气雷达网的建成 ,如何充分利用其探测资料 ,成为气象工作者关注的问题。该文分析和总结了国内外多普琳雷达反演技术研究和雷达资料在数值模式中的应用和同化研究现状 ,并作了一些讨论。
顾建峰[3]2006年在《多普勒雷达资料叁维变分直接同化方法研究》文中提出为了探索解决非模式变量—径向速度和反射率因子的直接同化问题,从实际业务应用的前景和价值出发,采用叁维变分同化方法,研究建立了多普勒天气雷达基本观测量的直接同化方法,并应用韩国Jindo雷达资料、美国IHOP_2002试验WSR-88D雷达资料和上海WSR-88D雷达资料,分别对台风Rusa(2002)、飑线天气、中尺度暴雨和登陆台风Matsa(2005)进行了分析与模拟。主要研究内容和结论包括:(1)通过在WRF 3DVAR系统框架中引入垂直速度分析增量、云微物理过程参数化、径向速度和反射率因子的直接同化观测算子,并通过伴随检验,发展和建立了多普勒天气雷达基本观测量的直接同化方法。该方法能够在动力约束和热力约束、模式参数、中尺度资料融合等方面与WRF中尺度模式保持协调一致。(2)应用Jindo雷达资料对台风Rusa(2002)的分析模拟表明,垂直速度分析增量、递归滤波器尺度因子调优、GTS和AWS资料的分析同化都改善了台风的初始结构和数值预报,尤其是径向速度的直接同化效果最为显着,说明直接同化方法能够从雷达观测资料中提取有效信息,对台风初始场和台风登陆预报具有正贡献。(3)应用IHOP_2002试验的WSR-88D雷达资料,对一次飑线过程的分析模拟表明,分别直接同化径向速度和反射率因子,均能提高分析和预报质量;同时同化径向速度和反射率因子能够进一步改善飑线过程的降水预报;同化更多雷达资料(11部雷达)比同化单部雷达资料对降水预报的效果更好。(4)应用上海WSR-88D多普勒雷达资料,对中尺度暴雨过程的分析模拟表明,当径向速度新息向量阈值取7.5 m/s、观测误差取1.5 m/s,反射率因子新息向量阈值取10 dBZ、观测误差为2 dBZ时,降水预报效果较好;径向速度直接同化能够改善对流层的叁维风场分析;反射率因子的直接同化能够改善热力场分析,并使动力场向热力场适应,对中尺度强降水预报的改善比直接同化径向速度的效果更为突出,同时证实了云半径对云中垂直速度参数化的重要性和敏感性;联合同化径向速度和反射率因子,对中尺度强降水数值预报的贡献比单独同化径向速度和单独同化反射率因子更大。(5)应用上海WSR-88D多普勒雷达资料,对登陆台风Matsa(2005)的分析模拟表明,经过速度退模糊质量控制的径向速度资料的直接同化,使得台风环流分析和台风路径、台风降水的数值模拟均取得了显着的改善;同化反射率因子资料对降水预报的改进也是明显的;径向速度和反射率因子的联合直接同化对台风Matsa(2005)降水预报的改进,显着地优于单独同化径向速度资料和单独同化反射率因子资料。
许小永[4]2005年在《四维变分和集合卡尔曼滤波同化多普勒雷达资料的方法及其反演暴雨中尺度结构的研究》文中研究指明采用两种四维同化方法:四维变分(4D-VAR)和集合卡尔曼滤波(EnKF),在云模式中同化多普勒雷达资料,并利用模拟雷达资料和实测雷达资料考察了两种同化技术的同化效果及其定量获取灾害天气中尺度信息的能力。主要研究内容和结果如下:(1) 利用Sun and Crook(1997) 建立的云模式和4D-VAR算法,同化模拟多普勒雷达资料,证明了4D-VAR同化技术能够从单(双)多普勒雷达资料反演大气叁维风场、热力场利微物理场。各个变量反演精度高低与同化过程中变量受约束的大小程度相关。(2) 利用宜昌-荆州双多普勒雷达获得的长江中游一次梅雨锋暴雨过程的观测资料,证明了多普勒雷达资料4D-VAR同化技术定量获取暴雨中尺度结构信息的能力。反演结果显示,中尺度切变线是本次暴雨过程的主要动力特征;对流云表现为低层辐合、高层辐散并有垂直上升运动伴随:低层是低压区,高层为高压区;中部为暖区而上、下部为冷区;水汽、云水和雨水分别集中在对流云体内、上升气流区和强回波区。(3) 采用合肥-无为-马鞍山双/叁多普勒雷达获得的长江下游一次梅雨锋暴雨过程的观测资料,进一步考察了4D-VAR同化算法反演暴雨中尺度结构的能力。结果表明:叁部雷达两两组合以及各自单独反演结果大体上是一致的;中尺度辐合线是本次暴雨过程的主要动力特征:对流云表现为低层辐合、高层强辐散并伴有垂直上升运动:中低层是相对冷区和高压区,高层是相对暖区和低压区;对流云中下部为干冷空气,云水和雨水分别集中在上升气流区和强回波区。(4) 不考虑模式中的湿物理过程,采用干模式来4D-VAR同化反演低层水平风场。几个个例研究表明,利用干模式同化多普勒雷达资料反演的低层水平风场是可靠的。(5) 采用EnKF技术,在云模式中同化模拟多普勒雷达资料。结果显示:同化几个时次的资料后,EnKF分析结果接近真值,证明了EnKF同化多普勒雷达资料的可行性。(6) 利用多普勒雷达资料EnKF同化技术,分析了前面所述两次暴雨过程的中尺度结构,并将EnKF同化分析结果与4D-VAR同化反演结果进行了对比。结果表明:利用EnKF同化技术,可以从多普勒雷达资料分析出暴雨中尺度系统的叁维风场、热力场和微物理场结构。尽管在某些细节上存在一些差别,EnKF和4D-VAR两种方法反演的暴雨中尺度结构特征大体是一致的。
张蕾[5]2011年在《多普勒天气雷达和TCFM导风资料同化在个例分析中的应用研究》文中进行了进一步梳理南京信息工程大学硕士学位论文摘要本研究以多普勒天气雷达和TCFM导风等遥感资料同化在个例分析中的应用为研究目的,利用NCEP资料、新一代多普勒雷达网、FY-2D气象卫星等观资料,通过诊断、同化模拟以及理论分析等方法,对气象遥感资料的同化方法设计及强对流天气预测等方面的应用进行研究和分析。以2009年7月一次暴雨和2010年第3号台风灿都为研究对象,用NCEP资料作为背景场,通过ARPS-3DVar和ADAS同化系统直接同化多普勒天气雷达资料,可以看到对气象要素场产生显着的影响和改善。结果表明,多普勒天气雷达资料的同化时次越多,对于风场、水汽场等的调整效果与实际观测越接近,尤其是水汽场,使得短时降水模拟与实况越吻合。个例研究表明,径向速度资料对初始风场调整显着,使中尺度特征明显地表现出来,当积分开始进行1h后,径向速度资料同化试验的水汽场出现大值中心,但这种水汽状况与实际不符；反射率因子资料对初始水汽场调整明显,在风暴发生处产生清晰的水汽中心,当积分进行1h后,反射率因子资料同化试验对风场的调整己经相对清晰,与此时的径向速度同化试验类似,基本可以模拟出风暴的中尺度风场特征,并且在随后的模拟积分中一直保持。因此,个例试验说明反射率因子资料在改进模式预报场方面效果更好。以2009年第8号台风莫拉克个例作为研究对象,利用TCFM导风技术进行了卫星资料间接同化试验。TCFM云导风资料同化试验对初始的垂直风场调整显着,不论是低、中、高层,在台风眼壁区域均出现强烈的上升运动,且这种特征一直持续数小时。配合此处模式模拟得到的水汽中心,为台风眼壁区的强风暴、降雨创造了条件。同化试验对于台风眼区的螺旋形雨带贡献显着,说明TCFM导风资料同化试验不仅有效调整了模式的垂直速度场,还对降水模拟有了明显改善。
方雪[6]2018年在《江淮流域强对流天气的Z-R关系统计及其在雷达资料同化中的应用》文中研究表明本文针对江淮流域强对流天气过程,利用“973”项目外场试验加密观测时段获取的多部多普勒雷达和自动站降水资料统计Z-R关系。在此基础上,借助雨水混合比q_r与R间的经验关系来修正WRF 3DVar同化系统中的反射率观测算子,以提高江淮流域强对流天气的数值预报水平。应用独立于统计样本的两次强对流过程(2013年6月22-23日和2009年6月14日发生于江苏、安徽等地的一次强对流天气过程和一次飑线过程)检验修正的反射率观测算子在雷达资料同化中的应用效果,得到如下主要结论:(1)与现在常用的两种Z-R关系(M-P分布和美国夏季深对流降水统计关系)相比,本文统计得到的Z-R关系更适合于江淮流域强对流天气过程的降水估测和雷达资料同化,这在Z-R关系的统计检验结果和两个个例的回波预报效果中都有明显表现。(2)在Z-R关系的统计过程中发现样本的选取对Z-R关系的统计结果至关重要。即使对单一的强对流天气事件,其发生和消亡阶段的较弱过程对统计结果影响较大,为此本文简单制定dBZ30(每个样本中Z≥30 dBZ的数据点数占样本总数据点数的比例)作为样本筛选标准,去除较弱过程的影响。(3)应用统计的Z-R关系修正了同化系统中的雷达反射率观测算子(Z-关系),发现修正的反射率算子(REF_N)在Z<43.87 dBZ时估算的值大于原反射率观测算子的计算值,如36 dBZ时修正算子计算的增加了12.63%;而在Z>43.87 dBZ时,修正算子的估算值偏小。这与修正反射率算子中所用的Z-R关系是一致的。(4)两次强对流天气过程的同化预报试验表明,修正的反射率观测算子提高了WRF 3DVar雷达资料的同化能力,说明合适的Z-R关系在雷达资料同化中具有重要作用。虽然WRF 3DVar系统中原反射率观测算子表现出一定的雷达资料同化能力,但修正后的反射率算子REF_N得到的初始场的动力结构、热力结构和水汽分布更有利于对流活动的发生发展。(5)修正的反射率观测算子能够明显提高6小时内雷达组合回波的预报水平,尤其是强回波区(大于30 dBZ)的预报,其得到的预报组合回波的空间结构和位置与观测更为一致。对于2013年6月22-23日强降水过程,反射率算子修正前REF_O雷达资料同化对强回波区的预报时效为3.5小时,修正算子REF_N后将雷达资料同化的预报时效延长至5.5小时;而对于2009年6月14日飑线过程,对3-6小时内的强回波预报有明显改善。
温德垚[7]2011年在《同化非均匀分布的雷达资料对台风路径模拟效果的影响》文中研究指明由于实际雷达布设位置和数量的限制及台风移动的不确定性,天气雷达监测网的探测区域常常不能完全覆盖台风中心的邻近区域。将这样的资料用于数值模拟研究时,往往只能给出台风的局部信息,而难以获得准确完整的环流结构。为探索在运用这种分布不均匀的雷达资料对台风移动路径预报时可能产生的影响以及如何利用有限的观测信息给出完整的台风系统结构以减少资料分布不均匀给数值模拟结果带来的影响,本文以台风“麦莎(Matsa)'(?)作为分析个例,利用WRF(Weather Research Forecast)模式和ARPS(Advanced Regional Prediction System)模式模拟结果以及ARPS 3DVAR系统,通过模拟得到的9部雷达观测资料,设计多个同化预报试验分析雷达资料分布不均匀对台风路径模拟效果的影响。在此基础上,借助现有的台风风场模型,提出一种利用已有观测信息去补充无观测区域环流结构的方法,并通过数值模拟试验检验这一方法对改进台风路径模拟效果的可行性。主要结论如下：(1)台风登陆前,WRF模式和ARPS模式模拟的台风路径都和实况路径较为相近。台风登陆后,WRF模式和ARPS模拟的台风路径和实况差异明显增大,但WRF模式模拟的台风路径和台风近中心最大风速的偏差均小于ARPS模式的模拟结果。(2)同化多普勒雷达资料对台风路径的预报有积极作用。雷达径向风资料同化明显地调整了同化时刻的风场结构,使其更接近于真实场；雷达反射率资料经过云分析程序处理后也对同化时刻的水汽条件有所调整。并且连续同化多时刻雷达资料对台风路径的预报效果要好于只同化单一时刻的雷达资料的效果。(3)资料不均匀分布情况下雷达资料同化对台风移动路径的预报有显着影响。观测资料均匀分布,即能够完整覆盖台风流场结构的多部雷达资料同化的预报效果要好于只同化部分雷达资料的预报效果。此外,当仅有部分雷达观测资料时,同化多普勒雷达资料后台风路径的预报效果也不尽相同,甚至差异较大。(4)在3DVAR分析的基础上,提出一种利用台风风场模型补充无观测区域资料的方法。初步的数值试验结果表明该方法在一定程度上可以改善台风路径的预报。
王洪[8]2014年在《雷达卫星资料在高分辨率区域数值预报中的应用研究》文中提出雷达、卫星资料是目前使用最广泛的非常规观测资料。雷达资料水平分辨率高，是目前唯一一个可用来初始化风暴尺度模式的观测资料。卫星资料覆盖面积较广，时空分辨率较高，能够弥补大洋和高原地区的常规观测资料不足。资料同化能够有效合理利用雷达、卫星资料优化模式初始场，从而提高高分辨率区域数值预报的准确率。本文利用WRF模式和叁维变分同化系统GSI，实现了对多普勒雷达反射率和径向风、FY-2E红外辐射资料的同化。结果表明：在2012年7月21-22日北京特大暴雨个例中，循环同化雷达资料改善了短时（00-06小时）和短期（00-24小时）降水预报，ETS评分提高了约0.2。GSI采用云分析的方式同化反射率，增加了初始场的水凝物混合比，改善了温度场分布，直接影响了降水的形成。另外同化反射率使650-250hPa位势高度的RMSE降低了8位势米。GSI直接同化径向风资料，对中尺度风场产生了一定影响。ETS评分结果表明同化反射率资料的效果要优于同化径向风的。本文利用GSI系统直接同化了FY-2E红外通道IR1、IR2和WV的辐射资料，并在2011年10月13-14日的华南暴雨个例中评估了其同化效果。同化之前，对卫星资料进行了稀疏化、偏差订正、下垫面检查、标准差检查、与背景场的偏差检查等质量控制。质量控制使得观测资料更接近高斯分布。研究分析增量表明IR1、IR2通道资料产生的分析增量主要集中在对流层低层（700hPa），水汽通道的主要集中在对流层高层（300hPa）。这与WV通道的权重函数极大值位于300hPa，而IR1、IR2通道的权重函数极大值位于700hPa密切相关。同化明显降低了3个通道资料的观测增量，由同化前的1.9、1.9和1.4K降低为同化后1.5、1.5和1.0K。同化WV通道资料的降水预报优于同化IR1或IR2的，在25-和100-mm量级上的ETS评分提高了约0.05。另外同时同化了3个通道的资料，其预报结果并不绝对优于单独同化某一通道资料的实验。
智协飞, 高洁, 张小玲[9]2010年在《多普勒雷达资料在中尺度模式短时预报中的应用》文中研究指明将国内新一代多普勒雷达基数据Lev-Ⅱ的9个仰角的原始反射率和径向风资料应用于中尺度模式ARPS(the Advanced Regional Prediction System),通过对2007年7月18日济南短时特大暴雨过程的个例研究,分析了雷达资料对初始场的改进效果及其对模拟结果的影响。结果表明,同时利用雷达反射率和径向风资料改进过的初始场能明显改善中尺度数值模式短时定量降水预报。对比风场发现,雷达径向风调整后在初始场中出现明显的中小尺度特征,能减少模式的spin-up时间。随着积分的进行,对水汽场的调节也有一定作用,但相对于风场调节不够显着。雷达反射率主要是改进初始场中的湿度参数,增加初始场中云水等含量。积分开始后,对风场调整也很显着。此次模拟,控制试验较好地预报出雷达回波的分布和水汽中心,对应的降水落区与实况也较为接近,但对雷达回波中心强度的预报略大,相应地降水量的预报也偏大。
施丽娟[10]2008年在《雷达资料叁维变分同化在登陆台风模拟中的应用》文中研究指明美国Oklahoma大学风暴分析和预测中心开发的中尺度模式ARPS(The Advanced Regional Prediction System)已经在国内被广泛应用于暴雨的研究中,而ARPS-3DVAR系统在国内的应用还很少。本文将国内新一代多普勒雷达(CINRAD-SA)的反射率及径向风资料引入ARPS-3DVAR同化系统进行同化,针对2006年登陆浙江苍南并造成严重影响的超强台风“桑美”,探讨多普勒雷达资料同化对台风模拟初始场和预报场的改进作用,揭示台风内部的动力和热力的精细结构。通过加雷达资料同化前后对“桑美”台风的模拟对比试验,分析了雷达资料对台风初始场的改进效果及其对台风降水和路径预报结果的影响。论文主要结论如下:1)ARPS-3DVAR可以合理有效地利用径向风和基本反射率资料对初始场进行调整,达到动力和热力平衡,明显改善6小时同化窗口内的降水、风场和回波结构,使结果更加接近实况观测。2)雷达资料同化不仅能模拟出控制试验已模拟出的位于浙闽东部沿海的降水区域,并且增强其降水强度,同时还将还将控制试验模拟结果中没有模拟出的位于浙江地区台风螺旋云带上分布的许多中-β尺度降水雨团以及位于海上的台风眼壁上的降水结构也模拟出来。这说明雷达资料通过ARPS-3DVAR同化可以有效地提高模式对中尺度雨团位置、强度的模拟能力。3)雷达资料同化使台风涡旋显着加强,台风大风半径更加合理,而且使台风眼结构更加清晰,台风初始位置逐步接近实况,从而改善了台风路径预报。ARPS-3DVAR在雷达资料中提取了有效的观测信息,使雷达同化后的台风初始场中各物理量空间分布结构呈现出更明显中-β尺度特征,有效地改善了模式对“桑美”台风的降水预报结果。4)本文也指出了模拟过程中对于台风强度的模拟偏弱,这与“桑美”本身超强台风难以刻画有关,配合雷达资料将地面和探空资料一起进行叁维变分同化,并在初始场中采用Bogus技术,将可望获得更加接近“桑美”真实强度的模拟结果。
参考文献：
[1]. 多普勒雷达资料在数值模式中的应用试验[D]. 杨艳蓉. 中国气象科学研究院. 2003
[2]. 多普勒雷达反演技术及雷达资料在数值模式中的应用[J]. 许小永, 郑国光. 气象. 2005
[3]. 多普勒雷达资料叁维变分直接同化方法研究[D]. 顾建峰. 南京信息工程大学. 2006
[4]. 四维变分和集合卡尔曼滤波同化多普勒雷达资料的方法及其反演暴雨中尺度结构的研究[D]. 许小永. 南京信息工程大学. 2005
[5]. 多普勒天气雷达和TCFM导风资料同化在个例分析中的应用研究[D]. 张蕾. 南京信息工程大学. 2011
[6]. 江淮流域强对流天气的Z-R关系统计及其在雷达资料同化中的应用[D]. 方雪. 兰州大学. 2018
[7]. 同化非均匀分布的雷达资料对台风路径模拟效果的影响[D]. 温德垚. 兰州大学. 2011
[8]. 雷达卫星资料在高分辨率区域数值预报中的应用研究[D]. 王洪. 中国气象科学研究院. 2014
[9]. 多普勒雷达资料在中尺度模式短时预报中的应用[J]. 智协飞, 高洁, 张小玲. 气象科学. 2010
[10]. 雷达资料叁维变分同化在登陆台风模拟中的应用[D]. 施丽娟. 中国气象科学研究院. 2008
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