多普勒雷达资料同化在台风“灿都”模拟中的应用研究

论文总字数：18814字

目 录

1.引言 1

2.国内外研究现状 1

3.台风灿都（Chanthu）个例介绍及试验设置 3

3.1台风灿都（Chanthu）个例介绍 3

3.2 WRF模式及资料介绍 3

3.3试验设置 4

4.结果分析和讨论 5

4.1 模式空间风场分析 5

4.2 温度场分析 8

4.3 观测空间风场分析 9

4.4 同化窗区间Vr和MSLP分析 11

4.5 同化末端台风结构场分析 13

4.6 台风强度和路径预报分析 15

5. 总结与展望 17

参考文献 18

致谢 21

多普勒雷达资料同化在台风“灿都”预报中的应用研究

戚佩霓

，China

Abstract:Based on WRF model and WRF-3DVAR assimilation system,we conduct a single time analysis to initialize typhoon Chanthu and compare the effects of assimilation radar radial velocity (Vr) on typhoon Chanthu analysis and forecast,with two radar radial wind data used.It shows that:the role of assimilation radar radial wind is mainly reflected in the adjustment of typhoon intensity and circulation structure, and after the assimilation reaches a certain length of time, it has a positive effect on the improvement of forecasting after assimilation.The assimilation test improves the typhoon's initial wind field and the thermal and dynamic structure, intensity, and location of the typhoon circulation center, thereby improving the typhoon structure, path, and intensity predicted for 18 hours.However, there are some problems with the use of 3DVAR assimilation radar data in forecasting temperature increments in the typhoon eye area mainly due to cross covariance in the background error.This is also a big problem in the current 3DVAR assimilation.

Key words: radar radial velocity;data assimilation;WRF-3DVAR;typhoon

1. 引言

一直以来，热带气旋（台风、飓风）被认为是沿海国家造成破坏最严重的自然灾害之一。中国的沿海地区是全球最多热带气旋登陆的地区，准确预报热带气旋对于保障国家财产和生命安全至关重要。然而，除了准确的预报模式以外，准确的初始条件也是热带气旋预报成功与否的一个非常重要因素，而这依赖于先进的资料同化系统。资料同化的基本含义是根据一定的优化标准和方法，将不同时空、采用不同观测手段获得的观测数据与数学模型有机结合，纳入统一的分析与预报系统，建立数据与模型相互协调的优化关系，使预报误差达到最小^[1]。近几年来，在许多科学家的努力之下，资料同化的发展取得了很大进展，如今比较成熟的同化方法有三维变分方法（3-Dimensional Variational,3DVAR,Sasaki, 1970a^[2], 1970b^[3]; Talagrand and Courtier, 1987^[4]），四维变分（4DVAR），集合卡尔曼滤波（Ensemble Kalman Filter,EnKF;Buehner 2005^[5]; Buehner et al.2010a^[6],2010b^[7]; Wang 2010^[8]）和混合集合变分同化方法（Hybrid Enkf-EnVar; F Shen et al.2017^[9]）。

尽管雷达资料同化在热带气旋预报研究中已经取得了一定的研究成果，但绝大多数的研究工作仍然局限于个例的研究，对于不同区域不同类型的台风，雷达资料同化还需要做进一步的细致的论证和研究工作。本文基于WRF模式及其变分同化系统，比较研究了雷达径向速度（Vr）同化对台风“灿都”（Chanthu）分析和预报的影响，将具有动力学约束的WRF-3DVar应用于登陆中国广东省的台风“灿都”的雷达资料同化，在本研究中进行单一时间分析以初始化台风“灿都”，并且着重对比研究3DVAR同化雷达资料前后的结果。

2.国内外研究现状

多普勒雷达具有高时空分辨率的特点，是唯一能够观测热带气旋三维结构的气象探测平台之一。随着全世界多普勒天气雷达组网建设的逐步发展和完善，如何同化雷达资料以得到更加准确的初始场成为科学家们的关注热点之一。Xiao et al.（2000）^[10]基于使用合成旋涡和假定的热带气旋大小和强度估计参数，开发了人工涡旋同化方法（BDA），提高了热带气旋的预报能力。林静芝和黎守德（2002）^[11]发现雷达资料有助于热带气旋在模式中的初始化，对850-400 hPa附近区域产生积极作用。Xiao et al.（2004）^[12]使用3DVAR系统将韩国Jindo雷达的多普勒径向速度资料同化到MM5中，发现3DVAR方法同化多普勒径向速度可以改善对雨带移动和强度变化的预报水平。盛春岩等人（2006）^[13]利用中尺度模式ARPS （The Advanced Regional Prediction System）及其资料分析系统ADAS（ARPS Data Analysis System），发现在适当提高模式分辨率的同时使用雷达资料同化改进模式初始场，是改进模式短时预报的一个非常有效的途径。在相同的系统条件下，徐广阔等人（2009）^[14]分析发现三维变分同化多普勒雷达资料有助于提高对中尺度暴雨的预报，并且其在对中尺度天气系统进行高分辨率数值模拟的同时也能提高对中尺度天气系统的内部结构的分析和预报能力。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：18814字