云迹风资料的三维变分同化及在台风预报试验中的应用

论文摘要

我国是一个台风多发的国家，每年因台风灾害所造成的损失高居十大自然灾害之首。台风带来的灾害一般都是在其登陆前后造成的，过去由于探测技术和海上观测资料的有限，对台风登陆问题的研究有限。近年来，随着大气探测技术的发展，气象卫星云迹风资料等一系列高时空分辨率的非常规资料的应用弥补了洋面上观测资料的不足，利用同化方法把非常规资料应用到模式中，可以有效地改善模式的初始场。本文选取了对我国影响非常大的两个台风个例：0509号台风“麦莎”和0604号强热带风暴“碧利斯”，采用的资料为全球客观分析NCEP资料和我国风云二号卫星反演得到的红外通道和水汽通道的云迹风资料，利用WRF模式的三维变分同化系统将云迹风资料引入模式，考察了不同通道的云迹风资料对初始场的改善效果，在此基础上，对台风的路径、降雨、维持机制等进行诊断分析，初步探讨了云迹风资料在台风预报试验中的应用。同时同化两个通道的云迹风资料对“麦莎”台风初猜场的改善最明显，只同化一个通道时，水汽通道对温压场和风场的改善略优于红外通道。“麦莎”登陆后长期维持与许多因素有关，其本身的强度大及登陆后充沛的水汽补充是必要条件；强热带风暴“碧利斯”虽然本身强度并不是很大，但沿途带来了十分严重的台风暴雨，引入同化云迹风资料后，对碧利斯的大尺度环境流场有一定的改善，尤其是对副热带高压的位置和强度、高压中心等方面，较控制试验有明显的改善。对风场的改善主要表现在对流层的中上部。碧利斯具有明显的非对称结构，暴雨多发生在风暴的南侧，西南季风提供了十分充沛的水汽条件，使强降水得以维持。雨区上空对流运动旺盛，有很好的动力抬升条件，低层正涡度大值区和高空辐散区与雨区也有较好的对应关系。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 选题的意义
• 1.2 气象资料同化方法及其研究进展
• 1.2.1 牛顿松弛法
• 1.2.2 最优插值法
• 1.2.3 统计动力法
• 1.2.4 卡尔曼滤波和集合卡尔曼滤波
• 1.2.5 变分同化方法
• 1.3 云迹风资料同化研究进展
• 1.4 本文研究方法和内容
• 1.4.1 研究目标和目的
• 1.4.2 研究方法和内容
• 第二章 中尺度模式及三维变分同化系统介绍
• 2.1 引言
• 2.2 WRF 中尺度模式介绍
• 2.2.1 基本动力框架（ARW）
• 2.2.2 主要物理方案
• 2.2.2.1 微物理过程
• 2.2.2.2 积云对流方案
• 2.2.2.3 其他物理方案
• 2.2.3 模式流程结构
• 2.3 WRF 三维变分同化系统介绍
• 2.3.1 WRF 3DVAR 主要特点和结构
• 2.3.2 WRF 3DVAR 背景场误差协方差矩阵的处理
• 第三章 不同通道云迹风资料的同化对比研究
• 3.1 资料介绍
• 3.2 个例介绍
• 3.3 数值模拟试验
• 3.3.1 试验方案
• 3.3.2 模式参数
• 3.4 结果分析
• 3.4.1 变分同化结果分析
• 3.4.2 台风路径分析
• 3.4.3 24h 降雨分布
• 3.4.4 台风强度变化
• 3.4.5 陆上维持机制析
• 3.5 结论与讨论
• 第四章 强热带风暴“碧利斯”的数值模拟研究
• 4.1 个例介绍
• 4.2 数值模拟试验
• 4.2.1 试验方案
• 4.2.2 模式参数
• 4.3 变分同化结果分析
• 4.3.1 环流背景分析
• 4.3.2 风场分析
• 4.3.3 偏差和均方差分析
• 4.4 模式模拟结果诊断分析
• 4.4.1 台风路径分析
• 4.4.2 24h 降雨分布
• 4.4.3 台风强度变化
• 4.4.4 其他诊断分析
• 4.5 结论
• 第五章 结论与讨论
• 5.1 本文结论
• 5.2 讨论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附图