發(fā)布時間：2020-11-09 05:20

　　 本文選擇2012年7月21日發(fā)生在北京的強降水過程,基于WRF模式和歐洲中期天氣預(yù)報中心發(fā)布的全球集合預(yù)報產(chǎn)品,利用集合變分混合(Hybrid)同化方法,實現(xiàn)了FY-3A衛(wèi)星微波資料的同化;對比了Hybrid同化方法和三維變分(3DVar)同化方法對暴雨的模擬效果,分析了同化增量的分布;通過敏感性試驗,研究了基于Hybrid同化方法同化不同微波資料時,資料的稀疏化尺度及混合系數(shù)對同化模擬效果的影響;對比了美國NOAA-16衛(wèi)星和我國FY-3A衛(wèi)星的微波資料在Hybrid同化方法中的應(yīng)用效果。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):利用Hybrid方法同化FY-3A微波資料后能有效提高暴雨的預(yù)報精度,相對于3DVar方法,Hybrid方法能有效減少虛假強降水模擬,模擬的強降水中心位置更接近實況。兩種同化方法同化FY-3A微波資料均能改變初始場信息,但是增量的大小和分布卻有明顯差異。Hybrid方法的同化增量分布表現(xiàn)為非均勻性和各向異性,具有“流依賴”的特征。利用Hybrid方法,無論是單獨同化FY-3A微波溫度計、單獨同化FY-3A微波濕度計還是同時同化這兩種微波資料都能改善降水模擬效果,但是改進的程度不盡相同。同時同化兩種微波資料時,對暴雨及特大暴雨的模擬效果較好。從同化增量來看,同化微波溫度計資料主要影響同化增量的分布,同化微波濕度計資料主要影響同化增量的大小。針對本次暴雨過程及模式設(shè)計,Hybrid方法中的混合系數(shù)取0.5,資料稀疏化尺度取120km時,降水模擬效果最好。對比分析了利用Hybrid同化方法同化兩顆不同衛(wèi)星的微波資料結(jié)果顯示,經(jīng)過質(zhì)量控制后,進入同化模式的NOAA衛(wèi)星AMSU-A資料的通道數(shù)要多于FY-3A衛(wèi)星微波溫度計。AMSU-B資料的通道數(shù)和FY-3A衛(wèi)星微波濕度計相同,但是有效資料要明顯少于后者。通過偏差訂正后,NOAA衛(wèi)星微波資料和FY-3A微波資料進入同化模式中的系統(tǒng)誤差均有效減少,且分布趨向合理,兩種衛(wèi)星資料的偏差訂正效果相當。相對于同時同化NOAA衛(wèi)星AMSU-A和AMSU-B資料,同時同化FY-3A衛(wèi)星微波溫度計和微波濕度計資料對暴雨和特大暴雨的模擬結(jié)果要更好。對于初始場的調(diào)整,都表現(xiàn)為微波溫度計資料的作用更大,風(fēng)場、溫度場和相對濕度場同化增量分布與單獨同化溫度計資料的結(jié)果相似。
【學(xué)位單位】：國防科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P456.7;P412.27
【部分圖文】：

圖 2.2 2012 年 7 月 21 日 02 時 22 日 02 時 24 小時累積降水實況（單位：mm）2.5 檢驗方法2.5.1 單點觀測試驗單點同化試驗是考察背景誤差協(xié)方差特征的有效方法。在指定的觀測單點附近的同化增量能夠有效反映背景誤差協(xié)方差的作用。當觀測為單一變量oy 時，同化后得到最終的分析增量可以表達為[64]：1( ) ( )T Ta b o bx x BH HBH B y Hx (2.5)式中 ax為分析場， bx為背景場，其余符號定義同本章 2.2 節(jié)一致。由于 為單一觀測量，則（2.5）式中1( ) ( )To bHBH B y Hx 部分為標量。2.5.2 SAL 評分SAL 評分是評估區(qū)域內(nèi)的降水預(yù)報效果的一種方法，對降水預(yù)報的位置(L，

圖 3.1 同化試驗?zāi)�擬區(qū)域3.1.2 試驗方案設(shè)計為了比較 Hybrid 同化方法和三維變分方法同化 FY-3A 衛(wèi)星微波資料的能力針對 北京 7.21 暴雨 設(shè)計了 3 組試驗：控制試驗（control），不同化任何資料以 ERA 的 0.75°×0.75°再分析資料作為初始和邊界條件積分模式；三維變分同化驗（3DVar-FY），用傳統(tǒng)的三維變分同化方法同化 FY-3A 微波濕度計和溫度計料，以控制試驗的初始場作為同化試驗的背景場，靜態(tài)背景誤差協(xié)方差使用 NM方法構(gòu)造；Hybrid 同化試驗（Hybrid-FY），利用 Hybrid 同化方法同化 FY-3A 波濕度計和溫度計資料，以控制試驗的初始場作為同化試驗的背景場，集合樣本由 TIGGE 提供的 50 個集合擾動場構(gòu)成，背景誤差協(xié)方差采用靜態(tài)背景誤差協(xié)差和集合協(xié)方差組成的混合協(xié)方差，混合系數(shù)取 0.5�？紤]到 FY-3A 微波資料具不同時間段掃描區(qū)域不同的特點，將同化時刻選定為 7 月 21 日 02 時，同化時為三小時，此時段掃描區(qū)域能覆蓋整個模擬區(qū)域（圖 3.2）。各試驗具體方案及

2 FY3A-MWHS(風(fēng)云 3A 微波濕度計)2012 年 7 月 21 日 00：44 分到 02：30 掃描表 3.1 試驗設(shè)計名稱 試驗方案 試驗?zāi)吭囼瀟rol模式從 7 月 20 日 20 時起報，初始場進行 6h 模式調(diào)整（spin-up）至 21 日 02h，以此為模式預(yù)報初始場，積分模式至 7 月 22 日 02 時，模式起報初值和邊值均采用 ERA-interim 資料，預(yù)報時效為24h。檢驗?zāi)Ｊ降哪�擬效果分同試驗r-FY采用三維變分同化方案，背景場采用 control 試驗的初始場，背景誤差協(xié)方差采用 NMC 方法構(gòu)造，同化時間為 7 月 21 日 02 時，同化后積分模式至7 月 22 日 02 時，預(yù)報時效為 24h。檢驗傳統(tǒng)同 化 方 案FY-3A 微對暴雨的果 同化驗采用混合同化方案，同化資料、時間及背景場和積分時間同 3DVar-FY，集合樣本由 TIGGE 提供的 50 個集合擾動構(gòu)成，背景誤差協(xié)方差采用靜態(tài)檢驗混合同案同化 FY
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1 馬杰;薛炳森;方涵先;翁利斌;周雅琴;夏際爐;盧曉姍;孫志強;;FY-3A觀測的次南大西洋異常區(qū)形成機理[J];空間科學(xué)學(xué)報;2019年01期

2 謝賓鵬;張立鳳;楊雨軒;;集合變分混合方法同化FY-3A衛(wèi)星微波資料時混合系數(shù)選擇的試驗[J];氣象與減災(zāi)研究;2018年01期

3 張娟;;FY-3a衛(wèi)星數(shù)據(jù)在青海省三江源區(qū)土壤水分監(jiān)測中的應(yīng)用[J];青海草業(yè);2012年02期

4 次仁曲宗;落桑曲加;;FY-3A微波濕度計資料的掃描偏差特征分析[J];高原科學(xué)研究;2018年02期

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本文編號：2875950