GPS资料在中尺度数值预报模式中的应用研究

摘要

利用建立在长江三角洲地区GPS观测网中GPS资料,针对2002年梅雨期间影响长江三角洲地区的降水过程进行了GPS资料在MM5中尺度数值预报模式中的应用研究.研究表明:1、GPS是一种连续监测大气水汽的有效手段.与常规探空观测相比,GPS测量的可降水量有很好的代表性.在相距2km时,两种测量手段测量可降水量和总延迟量的平均绝对偏差分别为2.13mm和1.28cm.总延迟的变化主要是由湿延迟的变化而引起.2、MM5模式初始场对静力延迟有较好的描述能力,但对湿延迟和可降水量的描述还存在比静力延迟更大的描述误差.MM5模式连续滚动预报(12h)基本能反映总延迟、静力延迟、湿延迟和可降水量的日际变化趋势,但对这些量逐时预报还存在误差.MM5模式对湿延迟的预报能力明显低于对静力延迟的预报能力,并且模式对总延迟的预报误差主要是由湿延迟预报误差产生的.MM5模式分辨率的提高有利于改善模式对静力延迟、湿延迟和可降水量的描述和预报.3、用GPS测量的可降水量资料调整MM5模式湿度初始场可明显增强模式初始场描述水汽分布的能力,使其对可降水量的描述误差明显减小,有利于模式初始场更好地反映出水汽分布的局地特征,从而有效地控制模式积分初期对可降水量的预报误差.4、背景误差对三维变分同化效果起着关键作用,使用NMC方法重新构建的背景误差更接近实际背景误差.模式变量(u、v、T、p和q)对应的误差水平尺度与NMC方法中预报误差的平均时间长度和模式提供12h和24h预报所选用的积云参数化方案有直接的关系.5、用三维变分技术能有效地同化GPS可降水量资料.GPS可降水量资料的同化不仅能调整MM5模式湿度初始场,而且使模式初始气压、温度和风场也能得到相应的调整.6、GPS湿延迟量资料的三维变分同化比GPS可降水量资料同化更容易将GPS对大气的监测信息传递给MM5模式初始场,使得对模式初始湿度、温度、气压和风场的调整程度大于GPS可降水量资料同化对模式初始要素场的调整.

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章绪论

1引言

2国内外研究进展

3 GPS资料同化研究涉及的主要问题

4本论文研究的主要内容

5本论文的章节安排

参考文献

第二章基本原理

1 GPS测量的基本原理

1.1 GPS测量延迟的原理

1.2 GPS测量可降水量的原理

2 MM5模式简介

2.1 MM5模式概况

2.2 MM5模式基本控制方程

2.3模式物理参数化方案

3三维变分同化原理及MM53DVAR系统简介

3.1资料同化基本原理

3.2 MM5三维变分同化系统简介

参考文献

第三章GPS资料精度分析和验证

1引言

2 2002年梅雨天气过程特点描述

3资料处理

4梅雨期GPS资料的时空变化特征分析

5 GPS资料与探空资料的比较

6分析和讨论

7数值预报应用于提高可降水量反演精度的试验

8小结

参考文献

本章插图

第四章利用GPS资料进行MM5模式预报性能分析

1引言

2梅雨天气过程特点描述

3试验资料

4试验结果

4.1模式初始场与GPS测量的比较

4.2模式预报与GPS测量的比较

5小结

参考文献

本章插图

第五章GPS可降水量资料调整MM5模式初始场及Nudging同化试验

1引言

2降水过程简述

3试验资料

4试验方法

5试验结果分析

6不同个例试验和讨论

7小结

参考文献

本章插图

第六章GPS资料变分同化试验

1模式背景误差的调节试验

1.1引言

1.2 MM5-3DVAR系统中NMC方法原理

1.3试验设置

1.4试验结果

1.5小结

2可降水量资料的三维变分同化试验

2.1引言

2.2天气过程描述

2.3试验资料

2.4试验设置

2.5试验结果

2.6小结

3湿延迟资料的三维变分同化试验

3.1引言

3.2天气过程描述

3.3试验资料

3.4试验设置

3.5试验结果

3.6小结

参考文献

本章插图

第七章全文总结

1本文所得出的主要研究结论

1.1 GPS资料精度方面

1.2 MM5模式预报性能验证方面

1.3 GPS可降水量资料调整MM5模式初始场和Nudging同化研究方面

1.4 GPS资料三维变分同化研究方面

2本文的特色和创新之处

3本文的不足之处及有待进一步研究的问题

第八章附录