WRF模式与自动站资料同化相结合的辽宁地区高分辨气候场建立试验

发布时间：2020-07-26 12:02

【摘要】：本文首先根据自动站资料的特点,设计了一个自动站资料质量控制方法,利用格式逻辑检查、气候极值范围检查、时间一致性检查、空间一致性检查等方法对2012年辽宁省自动站资料进行质量控制。在此基础上,采用WRF模式合自动站资料观测同化(Observation Nudging)进行了辽宁地区4km分辨率1月和7月气温场和风场建立的试验,同时与不进行同化、同化稀疏场资料的模拟试验对比,评估三种不同试验下辽宁地区月平均温度、月平均风速以及逐日、逐时温度的模拟能力,发现：(1)质量控制方案可以有效识别出有问题的数据,为进行同化自动站资料提供了保障。(2)WRF模式与自动站资料同化相结合能建立高质量4km分辨率的辽宁地区2012年1月、7月气温场。同化自动站资料后2012年1月平均温度的偏差范围大部分低于±0.5℃,对逐日温度绝对偏差一般低于0.6℃,温度变化与观测序列的相关系数高于0.95；逐时温度的绝对偏差一般低于1℃,相关系数高于0.92；7月温度同化自动站资料后平均温度的偏差范围大部分低于±0.5℃,逐时温度的绝对偏差一般低于1℃,相关系数高于0.91。无论是1月还是7月,月平均温度还是逐日、逐时温度,在同化自动站资料试验的模拟效果都显著优于未同化试验和同化稀疏场资料试验。复杂地形下,同化自动站后模拟效果的改善尤为明显,逐日和逐时温度模拟的平均绝对偏差降低幅度都能接近0.5℃。(3)WRF模式与自动站资料同化相结合能建立高质量4km分辨率的辽宁地区1月和7月风场。同化自动站观测资料之后,2012年1月大部分辽宁地区风速与实际观测的偏差范围在±1m/s之间,只有在辽宁省东部山区和辽宁省西部等少部分地区出现1.5m/s以上的风速偏差；7月大部分辽宁地区风速与实际观测的偏差范围在±1m/s之间,仅在辽宁省北部等少部分地区出现1.5m/s以上的风速偏差。3个模拟试验中,同化自动站观测资料得到的结果最好,其次是同化稀疏场资料,未同化的模拟结果最差。对比不同地区的模拟结果,发现对山区的模拟结果较差,相关系数仅为0.55,均方误差超过了2.6m/s；对平原和丘陵的模拟能力较好,相关系数在0.8左右,均方误差小于1.8m/s。
【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】：2015
【分类号】：P415.12;P456.7
【图文】：

分布图,观测技术,自动站,观测方法

图２．１迁宁省自动站分布图逡逑观测方法、观测技术、观测技术、观测仪器、测站位置料质量有显著影响，使资料质量大打折扣；地面资料质使用气象资料的科学家所公认，只有确保了自动站资

标准差,差值,沈阳,日平均气温

■Ｉ逡逑－０．１邋，逡逑图２．２邋２０１２年１月至２０１２年１２月沈阳站人工与自动站气温对比差值年变化逡逑图２．３代表了不同气候背景下的不同区域的气媪对比差值的年变化。从图中逡逑可看出，各站全年气温对比差值都小于±０．２邋’Ｃ，在偏差允许范围之内。全逡逑年无显著的季节性差异，观测数据较为稳定。虽然所选的站点位于不同的气候逡逑区域，，站点所在地点的地理条件不同，但是人工与自动站气温观测的对比差值并逡逑无显著的差异。逡逑Ｑ－１５邋—逦逦？朝阳逦＿＿阜墖逦逦沈旧逡逑冥邋Ｓ逦３逦４逦７逦＼逦８逦９＊ｉ：邋一邋１０邋／逦１１逦＇邋＇１２逡逑？Ｏ＇ｌ邋－逡逑Ａ１５邋－逦，逡逑图２．３邋２０１２年１月至２０１２年１２月人工与自动站气温对比差值年变化逡逑Ｗ上分析得出，虽然在同一个站点，自动观测仪器与人工观测的日极端最逡逑低气温、日极端最高气温和日平均气温的观测数据差值么间有着一定差异，但逡逑是总体来讲，自动站气温观测较为稳定，自动观测与人王观测的差值在偏差允逡逑许的标准偏差范围么内。逡逑１３逡逑

自动站,粗差,年变化,气温

粗差率反映了自动站观测要素时人工观测为标准所产生异常值出现次数逡逑的多少，一般应小于２％。逡逑图２．５中的粗线为迂宁省６５３个自动站粗差率逐月平均值。可！＾看出，平均逡逑值基本保持在１邋．７％左右，年变化比较小，说明自动站仪器稳定，没有季节性逡逑差异。逡逑２．５邋ｒ逡逑朝阳逦草新逦－…＂■……沉旭逦■邋邋邋■营口逡逑２邋．逦——－丹东逦………大连邋逦平均逡逑０．５邋ｈ逦？、－－－？一？’一？逦气一＾逡逑０邋—邋ｉ逦…了邋＾邋－．１＇－逦Ｊ，，ｒ，邋ｒ．邋＂■—ｕ；ｍｉ邋…？？逦逦逦逦逦逦逡逑Ｉ逦２逦３逦４逦５逦６逦７逦８逦９逦１曰逦１１逦１２逡逑图２．５邋２０１２年１月至２０１２年１２月人工与自动站气温粗差率年变化逡逑２．２．８邋—致率逡逑一致率反映了人工站观测记录与自动站观测数据相一致的程度，对比差值逡逑小于其平均值标准差２倍的次数与有效总次数的比值为一致率［４３１逡逑一致率反映了自动站与人工站观测记录相一致的程度，从图５中可看出，逡逑２０１２年沈阳市大部分月份日平均气温、日最高温度和最低温度的一致率保持在逡逑８０％左右

【参考文献】