当前位置: 首页科学研究科研进展与学术交流 → 正文
面向业务数值天气预报的风廓线雷达资料同化方案优选研究
作者:王程,陈耀登               发布时间:2020/03/16 09:47:32              浏览量:

风廓线雷达作为现代天气雷达的一种,是实现气象探测业务发展的重要手段,近年来,美国、英国、日本、德国等国家都已经或正在建立自己的风廓线雷达观测网。我国风廓线雷达的研制始于20世纪八十年代,目前主要集中布置在长三角、珠三角及京津冀城市群三个区域。据悉,计划到2020年我国将建设200部左右对流层风廓线雷达,并将其纳入气象综合探测业务系统,同时也将按需布置边界层风廓线雷达;计划在2025年建成覆盖全国范围的共225部风廓线雷达网。

质量可信的风廓线雷达资料可为数值预报提供更加合理的初始场,对改进数值预报结果有重要价值,为进一步推进该资料在业务数值预报中的应用,我院陈耀登教授及其博士生王程与北京城市气象研究院合作,对风廓线雷达资料进行质量控制和稀疏化后,分别采用流函数/势函数方案和U/V方案,详细研究了资料同化系统中采用两种不同的动力控制变量对于风廓线雷达同化及预报效果的影响。研究发现:三维变分同化通过极小化代价函数进行求解, U/V方案代价函数求解时迭代次数少且收敛更好,而流函数/势函数方案对不利于风廓线同化中最优分析的拟合(Figure1)。另外,流函数/势函数方案的水平分析风场在求解时引入虚假分析增量,U/V方案包含更多局地对流尺度信息,可以更好的保留风廓线观测包含的局地小尺度信息。该研究结果表明风廓线雷达同化效果受动力控制变量方案的影响显著,风廓线雷达采用U/V方案同化可以获得更精细的风场结构,进而改善降水的强度和位置预报(Figure 2)。多个例批量循环同化及预报试验,进一步表明,U/V方案同化风廓线雷达资料,能够提高对流天气降水预报评分(Figure 3)。


Figure 1. The cost function (J) and the observation term (Jo) for CV5 (blue lines) and CV7 (red lines) at 2100 UTC 02 August 2017.


Figure 2. The observed rainfall and forecasts of 6-h accumulated precipitation (unit: mm) from 2100 UTC 02 August 02 to 0300 UTC 03 August,2017 for different experiments. (a) OBS, (b) CTRL, (c) CV5 and (d) CV7.


Figure 3. The averaged TSs (a-c), BSs (d-f) and FSSs (g-i) for the 0-6 h and 6-12 h accumulated precipitation thresholds of 3mm, 20mm and 45 mm aggregated over 96 forecasts for the 6 rainfall cases, from the CTRL (gray), CV5 (blue) and CV7 (red) experiments (unit: m/s).


论文发表情况:Wang C, Chen Y, Chen M, et al. Data assimilation of a dense wind profiler network and its impact on convective forecasting[J]. Atmospheric Research, 2020: 104880. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2020.104880