潜热加热纳近方法在地面降水资料同化中的应用.pdf

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1、第26卷第1期应用气象学报Vo1.26,No.12015年1月JOURNALOFAPPLIEDMETEOROLOGICALSCIENCEJanuary2015吴亚丽,陈德辉.潜热加热纳近方法在地面降水资料同化中的应用.应用气象学报,2015,26(1):32—44doi:10.11898/1001—7313.20150104潜热加热纳近方法在地面降水资料同化中的应用吴亚丽D陈德辉”(中国气象科学研究院,北京100081)(中国气象局数值预报中心,北京100081)摘要基于国家气象中心GRAPES_Meso高分辨率区域模式

2、,针对中尺度数值预报模式中预报雨带形成滞后问题,研究了潜热加热纳近方法在地面降水资料同化中的应用,以期提高短时数值天气预报的水平。2013年6月2O日一7月2O目的初步试验结果表明:通过调整模式潜热加热廓线,可以改进初始场中温、湿、风等要素的合理分布,增加降水区的对流不稳定性;潜热加热纳近方法可以缩短模式的调整适应(spin—up)时间,改进短时降水预报的落区和强度,提高3h,6h,12h的降水预报TS,ETS评分;与传统的冷潜热加热纳近的试验结果相比,改进的暖潜热加热纳近试验对降水落区和强度的预报更接近观测,但强降水中

3、心范围略大。关键词:GRAPEs_Meso;地面降水观测资料;潜热加热纳近;短时预报通过变分方法调整模式湿度场,如1998年Andrew引言等[3用变分同化法发展了卫星资料同化方案改进中尺度模式的湿度场,2004年王叶红等将一维变分我国加密自动气象站地面降水观测资料具有空同化方法引入刀坐标中尺度有限区域模式,对短时问分布稠密、时间分辨率高(逐小时)的特点,一次地预报改进明显,邵明轩等[5利用四维变分法同化自面降水观测资料可达50000份,但这部分稠密的地动气象站降水资料,减弱了模式的调整适应(spin—面降水观测资料目前

4、还未在实际数值预报业务中得up)问题。但这些方法或因实际应用能力的局限,到定量应用,只是定性应用于预报员的天气预报和或因计算时效的局限,均未能应用于现有的实时业服务中。因此,寻找一种有效的方法以实现我国目务系统中。前大量的地面稠密降水观测资料在业务数值预报中另一种在业务上被普遍采用的地面降水资料的的定量应用,是当前气象保障业务的迫切需求。融合方法是潜热加热纳近(1atentheatnudging,简过去几十年中,国内外学者已经对降水观测资称LHN),从降水引起潜热(比湿)的变化出发,通过料的处理和应用提出了一些方法和理论

5、,包括物理调整潜热加热(减湿)廓线对模式降水引起的加热初始化法、牛顿松弛法、一维变分同化法以及四维变(减湿)廓线加以调整,使模式降水向观测降水逼近,分同化法等。针对热带地区降水预报,Krishnamu—进而调整模式预报的初始场。早在1988年Wangrti等_】提出物理初始化方法,同化热带降水资料到等_6就开展了相关研究工作,使用雷达降水率估计模式初始场,减小了低纬地区由于传统资料的缺乏场和雨量计资料计算观测潜热加热,并在模式预报引起湿度分析不足带来的影响。朱国富[2选用了两的前处理阶段作用于热力方程的绝热加热项。199

6、4种初值化方法——牛顿连续松弛逼近技术和降水一年Manobinaco等口不同于以往调整观测廓线的做湿度场调整方案来调整模式的初始场,两者均对模法,而是根据观测降水调整模式潜热加热廓线,这不式短时预报效果有改进作用。此外,不少学者尝试仅保证了模式降水与模式参数化方案的一致性,且2014—03—18收到,2014—09—10收到再改稿。资助项目:国家重点基础研究发展计划(2013CB430106),国家自然科学基金项目(41375108)*通信作者,email:chendh@cma.gov.cn第1期吴亚丽等:潜热加热纳近方

7、法在地面降水资料同化中的应用33无需考虑降水类型为层云降水还是对流降水。1997降水与模式预报降水之比对模式的总潜热加热廓线年Jones等I8]采用类似的方法将雷达反演降水资料(即对流降水与格点降水或微物理降水的总加热廓同化到英国气象局的中尺度模式中,并一直在业务线)进行一致性调整,这一调整计算是在模式时间积中得到应用。随着LHN方法在提高模式短时天气分中,逐一时间步进行,从而达到模式预报降水在向预报效果方面得到越来越多的认可,其他国家开始观测降水纳近的过程中,使三维模式大气向实际大纷纷将其试应用于各自的业务数值预报模式

8、中,并气适应、改进模式初值的目的。根据不同模式的表现进行相应调整,因此除调整潜1.1观测降水资料时间分配方案设计热加热廓线外,也有研究调整比湿廓线、垂直速度,由于模式积分的每一时间步的预报降水量是变如Falkovich等[g]在NCEP的中期预报系统MRF化的,原则上,潜热加热纳近时间窗内,模式积分的中连续两次使用6

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