对流尺度模式降水预报评估以及偏差原因分析

论文摘要

高分辨模式是数值天气预报发展趋势。然而,缺少对高分辨模式预报偏差及其原因的认识,严重阻碍了高分辨模式改进。本论文将研究如何利用高分辨观测揭示南京大学2016年夏季汛期试验4km WRF模式的主要预报偏差。在预报偏差认识的基础上,提出了一种基于邻域和不同尺度评估相结合的客观评分方案,指出在原有的客观评分中4km WRF模式对于小尺度降水评分偏低的原因主要是没有考虑强度和位置偏差的影响。进一步分析了华南沿海午后降水预报位置偏差的可能原因,指出海陆风预报偏差是导致局地风向预报偏差以及降水预报偏差的主要原因。论文主要研究内容如下:首先,利用高时空分辨率的5km逐小时格点融合降水产品,评估了南京大学2016年夏季汛期试验4km WRF与12km WRF模式在江淮和华南区域的降水预报能力。评估表明,12km WRF和4km WRF模式都能较好地模拟降水空间分布及日变化、传播特征,相比之下,4km WRF模式预报的降水精细结构更接近观测,午后峰值也和观测更为接近。12km WRF模式会低估降水强度,尤其是午后峰值,主要原因是12km WRF模式依赖于积云参数化方案分辨午后大部分对流性降水,而其采用的Grell 3D积云对流参数化方案不能很好地预报午后对流。4km WRF模式改善了强度预报,但在华南沿岸一带,午后降水预报的强度偏强,位置偏向海岸线。客观评估结果和主观评估结果一致,4km WRF模式的ETS评分要优于12km WRF模式,尤其对于强降水预报(累积6小时降水强度超过25mm的降水)优势更为明显。进一步利用尺度分离客观评分方法评估了4 km WRF和12 km WRF模式的降水预报能力,发现4km WRF模式在小尺度预报的客观评分反而低于12 km WRF模式,这主要是因为4km WRF模式预报的小尺度降水存在位置和强度的偏差,从而造成模式会因为一次漏报及一次空报而被双重惩罚,也就是所谓的“double penalty”现象导致评分偏低。为此,本论文提出了一种基于邻域检验和尺度分离相结合的客观评分方法,该方法在尺度分离基础上,考虑到预报的位置偏差,借鉴邻域评估思想,计算了基于邻域的不同尺度FSS评分。在此基础上,考虑到预报的强度偏差,引入了分位数阈值,进一步改进了客观评估结果。利用改进后的客观评分方法,评估了2016年梅雨季降水预报,结果表明,4km WRF预报的小尺度降水(空间尺度小于1OOkm)客观评分都要高于12 km WRF预报,和主观评估结果较为一致。最后,分析了华南午后降水预报位置偏差的可能原因。利用广东省内4个探空站点,评估了1000 hPa、925 hPa和850 hPa模式预报的风速风向。预报起始时刻,观测和模式背景场风速风向偏差较小。分析了 18小时(14 LST)、24小时(20 LST)预报,14 LST,模式预报的风向较于观测风向明显偏向海岸线,此时降水预报与观测的偏差大。20 LST,模式的预报风向与探空风向偏差变小,降水预报与观测较为一致。表明风向预报偏差和降水预报位置偏差可能相关。进一步分析表明,对于山地上午后对流,4km WRF模式能较好的预报,主要偏差在于海陆风环流相关的降水过程。由于模式对海陆热力差异模拟偏差,导致海陆风预报模拟偏差,这是造成局地风向预报偏差以及降水预报偏差的主要原因。

论文目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 高分辨率模式降水预报评估以及偏差原因研究进展

1.1.1 研究意义

1.1.2 降水分布、日变化及传播特征评估

1.1.3 高分辨率模式客观评估方法

1.1.4 高分辨率模式预报偏差及成因

1.2 论文的主要内容、解决的问题与创新点

1.3 论文的章节安排

第二章数据与方法

2.1 研究数据

2.1.1 模式资料

2.1.2 格点融合降水产品

2.1.3 中国气象局陆面数据同化系统（CLDAS-V2.0）实时产品数据集

2.2 方法介绍

2.2.1 二维谱分析

2.2.2 邻域检验方法

2.2.3 尺度分离方法

2.2.4 数据插值方法

第三章对流可分辨模式的降水评估

3.1 引言

3.2 降水分布、日变化及传播特征评估

3.2.1 24h和6h降水分布评估

3.2.2 降水日变化及传播特征评估

3.3 降水客观评估与检验

3.3.1 传统点对点客观评分

3.3.2 邻域检验方法（Neighborhood Verification）

3.3.3 尺度分离检验方法（Scale-Separation Verification）

3.4 本章小结

第四章基于邻域和尺度分离的客观评估方法

4.1 引言

4.2 基于邻域和尺度分离相结合的评估方法

4.2.1 基于邻域的ISS评分方法（Neighbohood-based Intensity-Skill Score）

4.2.2 基于尺度分离的FSS评分方法（Intensity-scale based Fractional SkillScore）

4.2.3 百分位阈值法

4.3 改进方法的应用效果

4.3.1 基于邻域的ISS评分方法及应用效果

4.3.2 基于尺度分离的FSS评分方法及应用效果

4.4 基于新的客观评估方法应用检验

4.5 本章小结

第五章 4km WRF华南午后降水预报位置偏差成因分析

5.1 引言

5.2 华南降水位置偏差成因分析

5.2.1 背景偏差

5.2.2 观测和预报的风向偏差分析

5.2.3 观测和模拟的海陆热力差异分析

5.3 本章小结

第六章结论与展望

6.1 论文的主要结论

6.2 未来展望

作者简介

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 俞碧玉

导师: 薛明,朱科锋

关键词: 对流可分辨模式,模式评估,降水预报偏差成因

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 南京大学

分类号: P457.6

总页数: 77

文件大小: 8703K

下载量: 129

对流尺度模式降水预报评估以及偏差原因分析

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢