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FY-3C微波观测资料的全天候同化技术及其在台风预报中的应用

2020-12-08阅读(693)

FY-3C微波观测资料的全天候同化技术及其在台风预报中的应用

论文摘要

卫星观测资料在现代数值天气预报中扮演着越来越重要的角色。在很多数值预报业务中心中,卫星资料同化技术逐渐从晴空同化向全天候同化（晴天、多云、雨区）发展。在同化云雨区的卫星观测资料时,由于模式对云雨的模拟精度低,观测和背景场对云雨出现的时间、强度和位置的判断不一致,使得观测背景误差（O-B）的概率分布表现出强的非高斯性。但现有同化理论和方法是假设O-B是无偏的且满足高斯分布,因而云雨区的卫星观测资料无法被使用。为了有效地利用云雨区的卫星观测资料,提高与云雨有关的重大天气过程的预报,在现有的同化方法中假设O-B是状态依赖的,利用Geer和Bauer提出的将观测误差视为关于云量的函数的观测误差模型,能够有效地对云雨区的卫星微波观测资料给定观测误差,实现卫星微波观测资料的全天候同化。风云三号C星微波湿度计（FY-3C/MWHS-2）包含了118 GHz和183 GHz通道,能够提供丰富的大气温度、湿度和水汽信息,其中118 GHz是世界上第一次应用于极轨气象卫星上。为了评估FY-3C MWHS-2观测资料的全天候同化技术对台风路径、强度和降水预报的影响,该研究对WRFDA系统进行拓展以实现全天候同化算法,包括（1）选取选取RTTOV-SCATT作为观测算子;（2）对陆地表面发射率进行反演计算以提供更为准确的背景场;（3）制定FY-3C MWHS-2观测资料的质量控制方案;（4）建立FY-3C MWHS-2观测误差模型等。另外,选取近3年来严重影响我国东南沿海地区的台风个例（2016年台风“妮妲”;2017年双台风“海棠”和“纳沙”;2017年台风“天鸽”;2018年台风“山竹”）,开展不进行同化、晴空同化和全天候同化等三组试验。试验结果表明,利用观测误差模型对云雨区的卫星微波观测资料给定观测误差,能够使O-B满足高斯性。云雨区卫星微波观测资料的同化,对台风垂直结构的描述和外围环流形势的预报具有正效果。在台风的路径预报误差上,全天候同化的平均路径误差相比于其他两组试验分别降低了17.9%和9.6%,能够较为准确地预报出台风在我国境内的登陆点。在台风强度的预报上,三组试验结果的差异较小,全天候同化试验结果在台风登陆后期表现更好。在台风降水的预报上,全天候同化对大暴雨和特大暴雨的量级和落区预报的提高具有显著效果,对强降水具有一定的预报能力。总的来说,全天候同化技术在台风路径、强度和降水的预报上具有显著的积极作用,这对于提高重大天气过程的预报,提前做好防灾减灾的工作具有重要意义。

论文目录

  • 摘要
  • abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究意义
  •   1.2 资料同化概述
  •   1.3 卫星资料同化发展进程
  •   1.4 卫星微波观测资料的全天候同化及其研究进展
  •   1.5 本文的研究内容和章节安排
  • 第二章 资料与方法
  •   2.1 风云三号C星微波湿度计资料
  •   2.2 WRF的同化系统（WRFDA）
  •   2.3 观测算子
  •   2.4 发射率反演
  •   2.5 观测误差
  •   2.6 本章小结
  • 第三章 试验设计
  •   3.1 模式参数设置
  •   3.2 质量控制和偏差订正
  •   3.3 通道选择
  •   3.4 WRFDA系统拓展
  •   3.5 同化试验设置
  •   3.6 本章小结
  • 第四章 台风个例简介
  •   4.1 台风“妮妲”
  •   4.2 台风“天鸽”
  •   4.3 台风“山竹”
  •   4.4 双台风“海棠”和“纳沙”
  •   4.5 本章小结
  • 第五章 试验结果与讨论
  •   5.1 双台风“海棠”和“纳沙”
  •     5.1.1 观测背景误差的概率分布
  •     5.1.2 资料利用率和亮温分布
  •     5.1.3 FY-3C MWHS-2 的同化对台风结构的影响
  •     5.1.4 台风路径和强度预报
  •     5.1.5 温湿风场预报
  •     5.1.6 台风降水预报
  •   5.2 台风“妮妲”
  •     5.2.1 台风路径和强度预报
  •     5.2.2 台风降水预报
  •   5.3 台风“天鸽”
  •     5.3.1 台风路径和强度预报
  •     5.3.2 台风降水预报
  •   5.4 台风“山竹”
  •     5.4.1 台风路径和强度预报
  •     5.4.2 台风降水预报
  •   5.5 本章小结
  • 第六章 结论与讨论
  • 参考文献
  • 作者在读期间科研成果简介
  •   1 学术论文
  •   2 科研项目
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 冼智鹏

    导师: 陈科艺,朱江

    关键词: 微波湿度计,全天候同化,台风预报

    来源: 成都信息工程大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 气象学

    单位: 成都信息工程大学

    分类号: P457.8

    DOI: 10.27716/d.cnki.gcdxx.2019.000194

    总页数: 62

    文件大小: 5563K

    下载量: 28

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