兩種集合同化方法在強(qiáng)對(duì)流天氣個(gè)例中的應(yīng)用研究.pdf

1、本文采用集合均方根濾波（EnSRF）和基于奇異值分解（SVD）的集合降維同化方法（SVD-En3DVar）對(duì)發(fā)生在我國(guó)江蘇地區(qū)夏季的兩次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程進(jìn)行雷達(dá)資料的同化研究，以WRF中尺度預(yù)報(bào)模式作為檢驗(yàn)同化方法效果的預(yù)報(bào)模式，WRF3DVar系統(tǒng)的同化預(yù)報(bào)結(jié)果作為比較，來(lái)考察這兩種集合同化方法在強(qiáng)對(duì)流天氣中的應(yīng)用效果和同化雷達(dá)資料的能力。在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)集合卡爾曼濾波方法提出了一種簡(jiǎn)化方案,可以減少計(jì)算時(shí)間以滿(mǎn)足業(yè)務(wù)化運(yùn)行的需要。利

2、用WRF模式和一次強(qiáng)降水個(gè)例檢驗(yàn)了簡(jiǎn)化方案的同化效果，對(duì)其可行性進(jìn)行了初步的分析探討，得到以下主要結(jié)論：
　?。?）SVD-En3DVar和EnSRF兩種集合同化方法均有較好同化雷達(dá)資料的能力，能對(duì)初始的水平風(fēng)、水汽和溫度等物理量場(chǎng)做出合理調(diào)整，有效地將中小尺度信息引入到初始場(chǎng)，主要表現(xiàn)為在有強(qiáng)回波觀測(cè)區(qū)域風(fēng)場(chǎng)的輻合加強(qiáng)、水汽混合比增大、等溫線密集度增加等，但在部分區(qū)域兩種同化方法對(duì)水平風(fēng)的風(fēng)向風(fēng)速、水汽混合比、相當(dāng)位溫等物理量場(chǎng)

3、的調(diào)整存在一定差異。
　?。?）應(yīng)用兩種集合同化方法同化雷達(dá)觀測(cè)資料均能有效地提高組合回波的預(yù)報(bào)效果，但兩種同化方法在兩個(gè)強(qiáng)對(duì)流天氣個(gè)例中的表現(xiàn)不同。對(duì)2009年6月發(fā)生在江蘇地區(qū)的颮線過(guò)程，SVD-En3DVar方法對(duì)組合回波的同化預(yù)報(bào)效果最好，優(yōu)于EnSRF和WRF3DVar同化方法。而對(duì)2013年6月的強(qiáng)降水過(guò)程，EnSRF的同化預(yù)報(bào)效果最好，優(yōu)于SVD-En3DVar方法和WRF3DVar同化方法。
　?。?）兩個(gè)強(qiáng)

4、對(duì)流天氣過(guò)程個(gè)例試驗(yàn)結(jié)果表明，集合降維同化方法（SVD-En3DVar）的同化預(yù)報(bào)效果對(duì)該方法中的局地化參數(shù)較為敏感；對(duì)于2009年的颮線過(guò)程，局地化水平半徑為50km時(shí)同化預(yù)報(bào)效果較好，而2013年的強(qiáng)降水過(guò)程則是局地化水平半徑為15km時(shí)預(yù)報(bào)效果較好。
　?。?）分析幾個(gè)相鄰?fù)瘯r(shí)刻（相距半小時(shí)）的預(yù)報(bào)集合得到的水平風(fēng)、水汽混合比等物理量場(chǎng)的樣本方差，發(fā)現(xiàn)由同化起始時(shí)刻的預(yù)報(bào)樣本集合計(jì)算的樣本方差場(chǎng)較為平滑，而經(jīng)過(guò)1次和2次同

5、化過(guò)程后再產(chǎn)生的預(yù)報(bào)集合所估算的樣本方差顯示出明顯的小尺度特征，兩個(gè)時(shí)間的樣本方差在數(shù)值和空間分布形態(tài)上都很接近。
　?。?）傳統(tǒng)的卡爾曼濾波方法在同化過(guò)程中需要不斷更新預(yù)報(bào)樣本會(huì)耗費(fèi)大量機(jī)時(shí)，考慮到較短時(shí)間間隔內(nèi)由預(yù)報(bào)樣本估計(jì)的預(yù)報(bào)誤差協(xié)方差隨時(shí)間變化不大，我們提出一種EnSRF的簡(jiǎn)化方案（SS_EnSRF），通過(guò)降低預(yù)報(bào)樣本集合的更新頻率來(lái)節(jié)約計(jì)算時(shí)間，以滿(mǎn)足業(yè)務(wù)化運(yùn)行的需要。2013年6月一次強(qiáng)降水天氣過(guò)程的同化試驗(yàn)表明SS