京津冀飑线过程的数值模拟分析和临近预报试验
发布时间：2020-10-24 18:59
本文基于雷达资料快速刷新四维变分同化技术(RR4DVar)所建立的雷达四维变分分析系统,利用京津冀6部多普勒天气雷达和区域自动站观测资料,针对发生在京津冀山区和平原的两次典型飑线过程(即2013年7月30简称“730”飑线和4日简称“704”飑线),开展了飑线不同部位三维热动力结构及其环境场时空演变特征的数值模拟分析和临近预报试验。研究主要结论如下:(1)观测资料分析显示,“730”和“704”飑线过程都是处于有利的大尺度背景条件下发生、发展的。500hPa高空槽和地面冷锋过境的高低空配置,是飑线发生发展的主要天气影响系统;地面比湿达到了12g/kg以上,为飑线的维持和发展提供了充沛的水汽;对流有效位能(CAPE)高达2445J/kg,为“730”飑线下山增强提供了大量不稳定能量;中低层强的环境垂直风切变为“704”飑线发生发展提供了极有利的对流环境动力条件。(2)基于雷达四维变分分析系统的对流尺度数值模拟结果分析表明,“730”飑线不同部位、不同发展阶段的动力和热动力场变化特征差异明显。1)形成阶段:飑线北段低层风暴出流大风长时间稳定维持,切断了低层暖湿入流,使得中低层垂直风切变减弱,加上低层受水平负涡度控制,不利于飑线北段对流单体的组织发展;飑线中段和南段前部受强的垂直风切变控制,低层暖湿气流辐合上升显著,且位于水平正负涡度近似平衡的位置,是飑线中段和南段单体新生及飑线组织性增强的主要机制。2)增强阶段:中段和南段前部较强的垂直风切变产生了强的水平正涡度,加剧了低层动力不稳定性,且偏南暖湿气流稳定维持,是中段和南段对流组织性加强、生命史延续的重要影响因子。3)弓形回波阶段:随着飑线中段下山,冷池出流与山前偏南暖湿气流交汇导致前部有强辐合上升运动,且强的垂直风切变的维持也加剧了低层动力不稳定性,扰动温度梯度的增大则产生了锋生现象,是飑线中段形成弓形回波的主要原因。(3)基于雷达四维变分分析系统初始化的三维数值云模式对“704”平原飑线的数值临近预报试验表明,对流尺度数值临近预报具有很大的优势,但也存在不足。1)可以较为准确地预报出平原地区飑线发生发展的组织过程;2)能够较好地抓住飑线形成初期多单体风暴的移动演变特征;3)对飑线形成的强降水中心和雨带位置有较好的预报能力;4)对飑线内部结构的热、动力演变特征也有较好的把握;5)由于三维数值云模式对京津冀复杂地形的处理不够完善,造成山前风场预报偏差较大。
【学位单位】：中国气象科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P456.7
【部分图文】：
的数值模拟分析和临近预报试验图（图 2.2）如下，对雷达资料的预处理与质量控制主要包括雷达定观测误差、移除地物杂波、海浪杂波以及超折射地物杂波、移除理、滤波、雷达盲区处理以及资料填补等。系统基于 Barnes 三维客的气象观测资料进行同化，反演得出的分析场作为背景场（或初猜随后的雷达探测资料 4DVar 同化中。中尺度分析步骤可概括为如下个雷达第三个观测仰角（2.4°）对应的 VAD 风廓线； 模式中提取出空间分辨率为 25km 的探空资料； 风廓线与中尺度模式探空资料结合，用 Barnes 插值方案将其插值半径为 200km，得到高空分析场；rnes 插值方案将地面资料插值到系统格点上，影响半径为平均自动km），得到地面分析场；最小二乘拟合法，将高空分析场与地面分析场融合，得到最终的中
影响半径为 200km，得到高空分析场；4）利用 Barnes 插值方案将地面资料插值到系统格点上，影响半径为平均自动站间距的2 倍（约 20km），得到地面分析场；5）利用局地最小二乘拟合法，将高空分析场与地面分析场融合，得到最终的中尺度背景分析场。图 2.1 雷达四维变分分析系统流程图
rq是模式控制变量，0rq是由雷达观测的反射公式（4））， 代表空气密度， TV代表雨水下降的末mer 雨滴谱分布的假定条件下得出的。至此，代价函就转化为在三维云尺度数值模式的约束下，求解公计算代价函数的最小值的大致步骤（Sun 等，1997）度内，向前积分数值模式，获得模式预报量值；模式预报量值计算出代价函数值；尺度伴随模式，得到代价函数的梯度值； c 计算得出的代价函数值和代价函数梯度值输入到标准；若满足收敛性，则输出分析场，并作模式向前最终输出快速更新的分析场及预报场，用于对流风热动力及微物理量场的特征研究。同化循环方案设计，每个 4DVar 循环开始时进行一输出最终的分析场，4DVar 同化循环结束后进行 6mi
【参考文献】
本文编号：2854859
【学位单位】：中国气象科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P456.7
【部分图文】：
的数值模拟分析和临近预报试验图（图 2.2）如下，对雷达资料的预处理与质量控制主要包括雷达定观测误差、移除地物杂波、海浪杂波以及超折射地物杂波、移除理、滤波、雷达盲区处理以及资料填补等。系统基于 Barnes 三维客的气象观测资料进行同化，反演得出的分析场作为背景场（或初猜随后的雷达探测资料 4DVar 同化中。中尺度分析步骤可概括为如下个雷达第三个观测仰角（2.4°）对应的 VAD 风廓线； 模式中提取出空间分辨率为 25km 的探空资料； 风廓线与中尺度模式探空资料结合，用 Barnes 插值方案将其插值半径为 200km，得到高空分析场；rnes 插值方案将地面资料插值到系统格点上，影响半径为平均自动km），得到地面分析场；最小二乘拟合法，将高空分析场与地面分析场融合，得到最终的中
影响半径为 200km，得到高空分析场；4）利用 Barnes 插值方案将地面资料插值到系统格点上，影响半径为平均自动站间距的2 倍（约 20km），得到地面分析场；5）利用局地最小二乘拟合法，将高空分析场与地面分析场融合，得到最终的中尺度背景分析场。图 2.1 雷达四维变分分析系统流程图
rq是模式控制变量，0rq是由雷达观测的反射公式（4））， 代表空气密度， TV代表雨水下降的末mer 雨滴谱分布的假定条件下得出的。至此，代价函就转化为在三维云尺度数值模式的约束下，求解公计算代价函数的最小值的大致步骤（Sun 等，1997）度内，向前积分数值模式，获得模式预报量值；模式预报量值计算出代价函数值；尺度伴随模式，得到代价函数的梯度值； c 计算得出的代价函数值和代价函数梯度值输入到标准；若满足收敛性，则输出分析场，并作模式向前最终输出快速更新的分析场及预报场，用于对流风热动力及微物理量场的特征研究。同化循环方案设计，每个 4DVar 循环开始时进行一输出最终的分析场，4DVar 同化循环结束后进行 6mi
【参考文献】
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1 陈明轩;王迎春;肖现;高峰;;基于雷达资料四维变分同化和三维云模式对一次超级单体风暴发展维持热动力机制的模拟分析[J];大气科学;2012年05期
2 李娜;冉令坤;高守亭;;华东地区一次飑线过程的数值模拟与诊断分析[J];大气科学;2013年03期
3 肖现;陈明轩;高峰;王迎春;;弱天气系统强迫下北京地区对流下山演变的热动力机制[J];大气科学;2015年01期
4 毛冬艳;;我国强对流天气监测和预报业务[J];气象科技进展;2012年05期
5 陈涛;代刊;张芳华;;一次华北飑线天气过程中环境条件与对流发展机制研究[J];气象;2013年08期
本文编号：2854859
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