AMSU辐射率资料在10.30暴雨中变分同化应用研究

摘要

NOAA-16卫星微波辐射率资料空间分辨率高，不仅可以提供晴空区的大气温度、湿度廓线，而且还可以提供云天条件下大气温度、湿度廓线，使卫星大气探测达到全天候探测能力，如被充分利用将有利于改善数值模式的初始场信息。本文利用中尺度数值模式WRFV2及其三维变分同化系统，针对2008年10月30-31日发生在我国南方的一次暴雨过程，采用NCEP再分析资料和NOAA-16 AMSU-A、AMSU-B卫星资料，研究了直接同化卫星微波辐射率资料对暴雨模拟结果的影响。结论如下： (1)直接同化卫星AMSU-A辐射率资料极大地丰富了初始温度、湿度场信息，对垂直速度的改进有利于对流的发生和发展，能有效提高对暴雨落区的模拟能力。 (2)直接同化AMSU-B辐射率资料对湿度场的调整幅度大于温度场，改进了模式初始场中初始湿度场的信息和水平风场信息，而对垂直速度的影响较小。 (3)多次同化AMSU-A微波辐射率资料对温度场的调整主要集中在对流层中上层，较单次同化试验，温度场信息得到了更大的丰富，有利于暴雨的预报；多次同化试验主要改变了水平风速信息，且主要集中在中高纬度地区，对风向的改变较小。 (4)不同的二维特征长度对暴雨预报有不同的影响，合理的长度可以改进对暴雨的预报。 (5)卫星微波辐射率资料直接同化次数的不同对中尺度暴雨的预报改进也不同。单次同化AMSU-A资料、单次同化AMSU-B资料和多次同化AMSU-A资料三者相比，多次同化卫星辐射率资料优于单次同化结果，对模式预报有正的贡献。单次同化AMSU-B资料对于暴雨中心的预报最差，多次同化AMSU-A资料对降水范围和暴雨落区的预报效果最好。

目录

文摘

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声明

第一章 引言

1.1卫星资料同化的研究意义和必要性

1.2资料同化的基本概念和方法简介

1.2.1资料同化的基本概念

1.2.2资料同化的主要方法

1.2卫星资料的反演同化

1.3卫星资料的直接同化

1.4本文的研究内容及框架

第二章WRF模式及其三维变分同化系统介绍

2.1 WRF模式介绍(V2)

2.1.1 WRF模式的流程结构

2.1.2 WRF模式的动力框架

2.1.3主要物理方案及参数化

2.2 WRFVAR三维变分同化系统介绍

2.2.1目标函数及其梯度

2.2.2预处理

2.2.3背景场误差协方差矩阵

2.3.4极小化算法

2.3.5三维变分同化系统流程

2.4结论

第三章卫星大气探测基础及辐射传输模式

3.1引言

3.2气象卫星大气探测的基本原理

3.2.1大气的吸收与发射

3.1.2辐射传输方程和大气垂直探测原理

3.1.3 NOAA卫星新型大气垂直探测器

3.2辐射传输模式介绍

3.2.1辐射传输模式的发展简介

3.2.2 RTTOV模式的辐射传输方程及模式输入量

3.3卫星资料的偏差订正和质量控制

3.3.1卫星资料的偏差订正

3.3.2卫星资料的质量控制

3.4结论

第四章AMSU-A微波辐射率资料直接同化试验

4.1引言

4.2单点同化试验

4.3天气过程介绍

4.4试验方案设计

4.5控制试验模拟结果分析

4.6同化结果分析

4.6.1各次试验的流场分析

4.6.2各次试验的风场增量场分析

4.6.3各次试验的模拟降水量分析

4.6.4 expl试验同化增量场分析

4.7小结

第五章AMSU-B资料及AMSU-A资料多次直接同化试验

5.1引言

5.2 AMSU-B微波辐射率资料直接同化试验设计

5.3同化结果分析

5.3.1直接同化AMSU-B后的温度、相对湿度、风场增量场分析

5.3.2模拟降水量分析

5.3.3细网格模拟降水量分析

5.4多次同化试验设计

5.5试验结果分析

5.5.1各次试验流场分析

5.5.2各次试验温度、风场增量场对比分析

5.5.3模拟降水量分析

5.6小结

第六章全文总结与展望

6.1全文简要回顾

6.2主要结论

6.3本文的创新点

6.4存在的问题与下一步工作

参考文献

致谢

论文附图