WRF模式不同初值和参数化方案的云降水预报研究

发布时间：2020-03-31 17:41

【摘要】：本文基于WRF(Weather Research and Forecasting)模式,从云系的宏、微观特征变量以及降水场三个角度,利用我国风云静止气象卫星和TRMM(Tropical Rainfall Measuring)卫星TMI(TRMM Microwave Imager)探测反演资料,对模式不同微物理方案19次个例批量模拟的结果进行定量化评估,并在此基础上开展了简单集合平均、消除偏差集合平均、超级集合的集成试验并探究了多物理ETKF(Ensemble Transform Kalman Filter)的初值扰动方法在云宏、微观场以及降水场的应用。首先,从云系的宏观方面来看,云顶高度和云顶温度的计算阈值取2×104 kg/kg时,模拟的数值更为精确,但具有云系范围模拟偏小的问题。六种微物理方案均能大致模拟出云系的走向和分布。具体分析发现,CAM5.1方案的预报性能优于其他几种方案,尤其对江苏、浙江、安徽一带的云顶高度预报较为准确,Morrison 2-mom方案次之。三种集成方法均可在一定程度上提高云顶高度和云顶温度的预报性能,且超级集合改进最为明显。多物理ETKF也可有效改善云范围模拟偏小的问题,且优于仅多物理的集成。其次,从云系的微观方面来看,不同参数化方案对不同水凝物粒子的敏感性不同。CAM5.1方案对雨水含量较大时,模拟效果较好,但当雨水含量较小时,误差较大;Lin方案对冰水的预报结果更加接近实况;NSSL 2-mom方案对云水的预报结果明显差于其他几种方案。并且模式对冰水的预报结果优于云水。在此基础上开展的集成试验表明,消除偏差集合平均对水凝物0.01-0.05kg/m2量级范围内的漏报改善较为明显。多物理ETKF同样适用于水凝物,且优于仅多物理的集成。最后,从降水方面来看,预报时效较短时CAM5.1方案的预报优势并不明显,但随着预报时效增长CAM5.1方案的误差明显小于其他几种方案,并且该方案对小雨的模拟较好。三种集成方法对降水预报均有一定的改进。对比研究发现,超级集合的改进效果要优于另外两种集成方法,并且多物理ETKF对降水预报改进也较为明显,优于仅多物理的集成。此外对湖北地区的12次强对流天气,引入积云对流参数化方案的对比研究,结果发现,微物理参数化方案CAM5.1依然较优,并且暴雨的预报对积云对流参数化方案也较为敏感,各方案各有优劣。
【图文】：

个例,阈值,微物理,评估结果

此本文首先对选用较多的四种阈值进行对比。本节随机选取以上１９次个例中的两个个逡逑例，对其中的３２个样本进行敏感性试验，并任意挑选了两种微物理参数化方案（Ｍｏｒｒｉｓｏｎ逡逑２－ｍｏｍ、ＣＡＭ５．１，图中记为：Ｍｏｒ、ＣＡＭ），探究不同阈值的模拟情况。图３．１给出了逡逑当阈值取为：ｌ0＿５ｋｇ／ｋｇ、５ｘｌ０＿５ｋｇ／ｋｇ、１０４ｋｇ／ｋｇ、２ｘｌ０４ｋｇ／ｋｇ时两种不同微物理参数逡逑化方案对选取的两次个例模拟的评估结果。从距平相关系数ＡＣＣ的评估结果中可以看逡逑出，，当阈值取ＺｘＨ＾ｋｇ／ｋｇ时，模式对云顶高度和云顶温度模拟的相关系数更高，比阈逡逑１５逡逑

云系,卫星反演,结论,云顶

２邋３邋４邋５邋６邋７邋８邋９邋１０邋１２邋１４邋１６逡逑（ｂ）逡逑图３．２四个阈值对两次个例的云顶高度模拟和对应时刻卫星反演资料的地理分布对比逡逑（ａ）邋２０１４年９月１７日２４时（ｂ）邋２０１４年８月１２日０６时逡逑１７逡逑
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P457.6

【参考文献】