全球资料同化中误差协方差三维结构的准确估计与应用Ⅱ:背景误差协方差调整与数值试验分析

利用NMC方法针对背景误差协方差的方差、三维相关与特征长度来揭示T213L31模式的误差主要特点,并与传统更新矢量方法的计算结果进行了对比与调整。结果表明NMC方法结果与更新矢量方法结果在大体特征上基本吻合,但细节上的差异不可忽视,特别是对背景误差方差与特征长度的估计存在显著的差异,其主要原因是NMC方法倾向于高估天气尺度波的背景误差,而低估次天气尺度到中尺度波的背景误差。通过对背景误差方差、特征长度的调整,显著改善了背景误差功率谱的分布特点,使得NMC方法结果与更新矢量方法结果更为吻合。通过三维变分同化与最优插值中观测与背景误差相对重要性的比较,发现两者结果基本一致,但三维变分同化在850 hPa以下的温度场和300 hPa以上的风场统计结果都表现出背景误差相对于观测误差偏小的特点。背景误差相对于观测误差偏小有助于保证分析场中质量场与风场平衡,消除了大气底层和高层质量场与风场不匹配现象。在数值试验中,针对不同的背景误差均方差与特征长度的特点,分析了分析增量和预报效果的差异,结果表明,准确的背景误差估计与优化工作改善了预报效果,使得北半球三维变分同化的120 h预报效果整体好于现有最优插值。

多普勒雷达资料同化对山东“4·28”飑线过程的数值模拟

利用美国俄克拉何马大学风暴分析和预测中心开发的中尺度ARPS模式及其资料分析和同化系统ADAS，将山东省济南齐河、临沂和连云港3部多普勒雷达基数据资料同化进ARPS模式中，对山东“4·28”飑线过程进行了数值对比试验。结果发现，模式采用热启动的方式可以模拟出此次飑线过程，对飑线造成的降水的强度和落区预报也较好。雷达资料同化对飑线地面中尺度系统的模拟有明显的改进作用，尤其是在前2～3h效果非常明显，使模拟的地面雷暴高压和风场更接近实况。使用雷达资料进行同化循环，连续地将多部多普勒雷达资料同化到数值模式中，可以明显改进对飑线系统结构的模拟，较初始时刻同化雷达资料对飑线的模拟效果更好。因此，使用雷达资料进行快速分析和同化进行强对流天气预报是可行的，但模拟的降水偏强，这与雷达资料同化对于大范围暴雨预报的改进作用是不同的。