LAPS系统对多种探测资料的融合及在GRAPES模式中的应用研究

论文摘要

以武汉暴雨研究所引进的美国局地分析预报系统(LAPS)为基础,通过对其前处理程序的扩充和适应性修改,在国内首先实现GRAPES模式与LAPS系统的对接。具体内容如下：使之具有融合国内MICAPS格式的地面、探空常规和加密数据的能力；并在无源代码的情况下,设计编写了FY2C/D云导风数据的前处理程序,实现了LAPS对FY2C/D云导风数据的融合；设计开发了中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室GRAPES模式和LAPS系统的接口软件；以广东、广西华南地区作为计算区域,利用“973”南方暴雨试验项目实验收集的2008年至2010年间的地面、探空的常规、加密观测和多部新一代多普勒雷达的个例数据,开展了LAPS的本地化试验和运用研究。通过本项目的研究,得到了如下结果：(1)通过设计、运行多种LAPS数据融合方案分析表明,LAPS系统以NCEP再分析数据为背景场的多种观测数据融合,可以改善NCEP再分析场,获得分析场更接近实况观测。多种观测数据融合的分析场优于单种观测数据融合的分析场。基于多雷达反射率因子拼图,比较LAPS融合多种观测数据得到的分析风场和NCEP再分析风场,结果表明,LAPS分析风场与多雷达反射因子回波配置更为合理；(2)根据LAPS融合多种观测资料得到的分析场,对2008年5年17日至19日发生对广东、广西地区的一次暴雨过程进行的诊断分析表明,此次暴雨是多个中小尺度系统共同作用的结果。暴雨期间,低空急流不断波动加强、减弱,特征演变复杂。经LAPS系统融合多种观测资料输出的分析场,可以较好地揭示暴雨过程的中小尺度系统活动特征；(3) LAPS系统提供了生成WRF和MM5模式初始场的软件。本研究设计开发的GRAPES/LAPS接口软件,使LAPS系统输出的分析场又能直接为GRAPES模式接收作为预报初始场；(4)对华南、长江流域2008年至2010年间的28个个例,将LAPS生成初始场与3DVAR生成初始场和实际观测对比分析显示,LAPS方案输出的初始时刻的风场和温度的与实况观测的差异比3DVAR方案的小,而高度场和相对湿度相反。比较两种初始场得到的24小时预报降水TS评分表明,3DVAR分析方案与LAPS分析方案大致相当,3DVAR方案略好。对中雨、大雨和暴雨的TS评分,LAPS分析方案总体好于3DVAR分析方案,说明LAPS系统输出的初始场对于中雨、大雨和暴雨的预报的改进要好于现阶段GRAPES自带的3DVAR同化系统输出的初始场,表明了LAPS系统这一局地高分辨率融合、分析系统,通过对多种探测资料的融合处理,使LAPS生成的初始场中包含着更多的中小尺度系统的结构和演变信息。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题依据和研究意义
• 1.2 LAPS系统国内外研究及应用进展
• 1.2.1 国外研究应用进展
• 1.2.2 国内研究应用进展
• 1.3 本论文研究内容
• 第二章 局地分析预报系统（LAPS）概述及前处理程序的扩充
• 2.1 引言
• 2.2 LAPS的组成及资料融合原理
• 2.3 LAPS数据融合算法
• 2.3.1 温度分析
• 2.3.2 风分析
• 2.4 LAPS的安装与运行
• 2.4.1 NETCDF数据接口
• 2.4.2 PGI编译器
• 2.4.3 地形数据文件的安装
• 2.4.4 LAPS程序包分析
• 2.4.5 LAPS安装
• 2.4.6 LAPS运行
• 2.5 LAPS输出产品
• 2.6 LAPS前处理程序的扩充
• 2.6.1 FY2云导风
• 2.6.2 LAPS对云导风数据的格式要求
• 2.6.3 LAPS前处理FY2云导风程序设计
• 2.7 小结
• 第三章 LAPS本地化研究与评估
• 3.1 引言
• 3.2 LAPS数据融合分析区域及数据来源
• 3.3 LAPS数据融合实验与分析
• 3.3.1 LAPS对地面、探空数据的融合
• 3.3.2 LAPS对FY2云导风的融合
• 3.3.3 LAPS对雷达数据的融合
• 3.4 LAPS本地化评估分析
• 3.4.1 LAPS评估实验方案
• 3.4.2 基本情况
• 3.4.3 不同方案试验数据对比分析
• 3.4.4 垂直风廓线比对分析
• 3.5 小结
• 第四章 利用LAPS融合数据对一次华南暴雨过程的诊断分析
• 4.1 引言
• 4.2 天气背景及降水实况分析
• 4.3 卫星和雷达观测分析
• 4.4 高低空急流特征
• 4.5 水汽来源分析
• 4.6 风暴相对螺旋度分析
• 4.7 小结
• 第五章 GRAPES模式及LAPS与GRAPES接口设计
• 5.1 引言
• 5.2 GRAPES数值预报系统简介
• 5.2.1 模式动力框架
• 5.2.2 模式物理过程
• 5.2.3 初值处理
• 5.3 LAPS与GRAPES数值模式的接口方法
• 5.3.1 LAPS系统的输出要素与格式
• 5.3.2 GRAPES模式初始场输入要素与格式
• 5.3.3 LAPS与GRAPES接口程序设计
• 5.4 GRAPES/LAPS初始场生成程序的运行
• 5.4.1 GRAPES/LAPS初始场生成程序的运行流程
• 5.4.2 GRAPES/LAPS初始场生成程序的设置及运行参数说明
• 5.4.3 G侧企SE模式运行的有关设置、修改
• 5.5 GRAPES/LAPS初始场生成程序运行个例
• 5.6 小结
• 第六章 GRAPES/LAPS模拟与检验
• 6.1 引言
• 6.2 方案设计
• 6.3 基本气象要素均方根误差分析
• 6.3.1 风场均方根差分析
• 6.3.2 温度均方根差分析
• 6.3.3 相对湿度均方根差分析
• 6.3.4 高度场均方根差分析
• 6.4 24小时降水TS评分
• 6.5 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结果与结论
• 7.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 个人简历 在学期间的主要研究成果
• 致谢