江淮梅雨锋暴雨的中尺度可预报性研究

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1、白赢犬孝NANJINGUNlVERSIT、Ph．D．DissertationAStudyonMesoscalePredictabilityofMeiyuHeavyRainfallovertheYangtze--HuaiheBasinPresentedbyYangShu—NanAdvisorProf．TanZhe．MinSchoolofAtmosphericSciencesNanjingUniversityMay,2011致谢在南大求学已有9年，这期间我得到了许多人的无私帮助与支持。值此论文完成之际，特向他们表示最诚挚的感谢!首先，我要感谢我的导师谈哲敏教授，是他将我引入大气科学的殿堂

2、，教我如何发现科学问题、进行科学研究。谈老师敏锐的科学眼光、严谨自律的科研作风、自信乐观的生活态度都让我深深敬佩。在他的言传身教下，我逐渐掌握了进行科学研究的方法，具备了一定的科-彻g月匕．r5力。此篇论文的完成得到了谈老师悉心的指导，在此，谨对谈老师表示衷心的感谢!其次，我要感谢中尺度灾害性天气教育部重点实验室的所有老师和同学。是他们为我缔造了轻松活跃的科研氛围。感谢张少宝、郭传江老师为我的科研工作提供有力的后勤保障和技术支持。感谢伍荣生院士、王元老师、方娟老师、袁慧玲老师、潘益农老师、赵坤老师、陈宝君老师、储惠芸老师等多年来对我的关怀和帮助。感谢汤剑平老师、宋金杰师兄，仇欣师兄，

3、感谢路屹雄、吴钲、束宇、陈启智，他们不仅给我的科学研究提出了宝贵建议，还经常在生活中关心、照顾我。同时也要感谢刘建勇师兄，他对我的文章进行了仔细修改和润色，与他的讨论让我受益匪浅。再次，我要感谢Tan．Group的所有师兄师姐、师弟师妹。大家共同努力，营造了一个积极、活跃的学术氛围。感谢张熠师姐、王其伟师兄、唐晓东师兄、储可宽师兄为小组的管理工作贡献的力量。感谢刘建勇师兄、黄鹂师姐、鲍旭炜师兄、仇欣师兄、聂高臻师兄、吴征、李唐棣对我的照顾。还要感谢张旭斌、刘凑华、肖静、储海、张引、施祺等师弟师妹对我的帮助。最后，我要诚挚地感谢我的父母。他们这么多年来，无怨无悔地关心我、支持我，使我能

4、够完成自己的学业。感谢路屹雄对我的莫大帮助和支持。在此，谨向他们致以最衷心的感谢和祝福!杨舒楠2011年6月于南京大学蒙民伟楼摘要盘氢盘堂专业2QQ!级盥±姓名：拯堑垫指导教师(姓名、职称)：达堑筮整撞：盛昱由于大气系统的混沌性，数值预报对初始条件非常敏感。近期研究表明，即使小尺度、小振幅初始误差也会对中尺度数值预报造成很重要影响。误差的快速增长依赖于湿对流活动，并与大气环流型结构密切相关。本文利用中尺度数值模式MM5，对2003年7月4日～7月6日的一次江淮梅雨锋暴雨过程进行了可预报性研究。重点分析梅雨锋暴雨的实际可预报性特征、大尺度初始误差的降尺度过程、不同尺度误差的演变规律、以

5、及误差的空间传播机制等。初始分析资料的来源不同给模拟带来实际初始条件不确定性，由此产生的预报误差增长问题被称为实际可预报性。实际初始误差主要集中在较大尺度上，随积分的进行，中、小尺度误差很快发展起来。根据误差的尺度特征，可将大尺度实际初始误差的增长过程分为五个阶段：1)0～3小时大尺度误差的降尺度过程；2)3-6小时小尺度误差快速增长，达到饱和；3)6～12小时，中尺度误差增长占主导，误差出现平衡特征；4)12～21小时，大尺度平衡误差迅速增幅；5)误差能谱结构基本保持不变，各尺度误差共同增长。大尺度误差的降尺度主要通过以下过程实现：在初始扰动气压场的大尺度偏移以及大尺度风场误差的平

6、流作用下，低压中心附近产生中尺度的PV误差，造成降水偏差，激发出许多孤立的小尺度雨水混合比误差。水汽相变过程中的非绝热加热，引起小尺度位温误差，最终导致小尺度对流误差的产生。在此过程中，非绝热加热起着非常重要的作用。通过减小初始误差振幅的方法，能够提高数值预报的精度。但是随着初始误差振幅的减小，误差增倍时间也迅速减少，也就是说可预报性的提高效果越来越摘要不明显。采用减小初始误差振幅的方法，仅能改善梅雨锋暴雨前18个小时的预报效果。这说明即使初始误差为非常小振幅的随机误差，中尺度数值模拟仍然具有固有的可预报性限制。误差在空间上的迅速传播对分析区域内误差增长非常重要：甚至在没有湿对流不稳

7、定条件的地方，误差都能通过逆基本气流传播得到累积。初始误差的空间传播过程表现为从呈圆形的四周扩散向波动形式的上游、下游传播转变。并且在圆形扩散初期误差的振幅快速增大、但中心位置基本保持不变；而在传播特征从圆形扩散向波动上、下游传播机制的过渡阶段中，误差的振幅出现衰减，其中心随平流作用向下游移动。误差的传播特征与尺度有关。小尺度误差通过声波快速、等方向四周扩散，随着对流的发展，扩散后的误差会发生破碎——能量逐渐集中在新生的对流尺度误差上，而这些新生小尺度误差