利用四维变分同化技术反演低层风场的准业务应用研究

作     者：牟容 

作者单位：中国气象科学研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：刘黎平

授予年度：2007年

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

主      题：单多普勒雷达 4D-VAR同化 低层风场 准业务应用 

摘      要：实时从新一代多普勒天气雷达径向速度资料中反演出可靠的三维风场对提高天气雷达的应用水平有重要的作用,将雷达直接观测的径向速度转换成台站预报员更为熟悉的风场结构,将有助于提高我国中小尺度天气的预报技术。本论文利用Sun等建立的4D-VAR同化算法,根据各参数对实时业务同化结果的不同影响简化4D-VAR同化方法,对单多普勒雷达资料4D-VAR同化技术实时反演低层风场的准业务应用的可能性进行了分析研究。主要结论如下: (1)湿模式迭代40次同化单部雷达资料的风场结果与双雷达反演、探空资料等所得的风场结构基本一致,可以将中尺度系统的主要结构反演出来。当我们仅考察风场结构时,干模式和湿模式的差异很小,相同条件下干模式反演风场也能达到湿模式的效果。 (2)不同的初猜场和背景场会影响反演效果。使用前一时次模式反演结果作为背景场,可以取得更好的反演效果,尤其是迭代次数不多的情况;没有前一时刻模式反演结果作为背景场时,使用VAD分析作为初猜场也可以获得较好的反演效果,但是随着反演区域风场变化的增大,误差也会增大;使用零速度场作为初始场误差较大,不宜采用。分辨率大小和反演区域的变化对风场反演结果影响不大。 (3)将模式移植到配置为Pentium4 Processor 2.0G/RAM 1G/PC上,干模式迭代15-20次可在6分钟内完成。利用VAD分析作为初始场,前一时次反演结果作为背景场,干模式迭代15次(简化4D-VAR同化方法),反演我国新一代多普勒天气雷达观测到的各类强天气过程,反演的风场结构与各类典型天气的基本特征都比较吻合,能在趋势上反映出流场特征。 (4)将简化4D-VAR同化方法运用在识别辐合线、切变线中尺度系统中,反演风场计算的辐合、切变与直接使用PPI上的径向速度计算的辐合、切变,在形态和位置上基本一致,它能反映出系统的大多数辐合、切变。还能对一些流场方向垂直于雷达径向的辐合、切变进行一定程度的识别。间接地说明了采用简化4D-VAR同化方法算得的风场结果具有一定的合理性和可靠性。 (5)将简化的4D-VAR同化技术并入敏视达雷达有限公司RPG业务软件中,模式的稳定性较好,反演的风场结构基本合理,能满足业务使用的需求。 (6)对某些距离较近,又不能达到双(多)雷达反演产品要求的雷达资料,分别进行单部雷达风场反演,然后将风场拼图作为双(多)雷达的产品使用。