应用多普勒天气雷达资料对四川＂7·3＂暴雨的变分同化试验

仍存 在一定的改善作用 ； 经过质量控制后 的雷达 资料 对暴 雨预报的改善作用要优 于未 进行质 量控制 的雷达资料 以
及 每隔一 小时加入一次雷达资料要优于每隔半小时加入雷达资料对 于暴雨 预报的改善作用 。
关 键 词： 气象学； 资料 同化 ； 暴 雨； 三维 变分 同化 ； 径向速度 ； 反射 率 因子 ； 质量控制
中小尺度数值模式的初始场主要依赖于观测资料以及大尺度模式提供的背景场。多普勒雷达资料具有常规 资料 不 能 比拟 的时 间 （ ５ ～６ ａｉ ｒ ｎ ） 和 空 间分 辨率 （ ２ ５ ０ ～１ ０ ０ ０ ｍ） ， 对 中小 尺度 天 气 系统 有 较 高分 辨 能力 。 目前 ， 数 值模 式 中雷达 资料 的 同化 主要分 为两类 ， 一 类是 反演 同化 ， 一 类是 直接 同化 ， 与直 接 同化相 比 ， 由于反演 同化 增加 了反演误差 ， 降低 了结果 的可靠性 ， 因此近年来对直接 同化研究的较多【 ３ － ８ ｊ 。Ｎ Ｅ Ｃ Ｐ将 Ｖ Ａ Ｄ资料同化与径 向速
都有大量的暴雨天气过程。暴雨过程中包含的复杂的中尺度对流系统在四川复杂地形作用下给天气预报造成 了 很大 困难 。 以往雷 达资 料 同化 技术 的研究 大多 集 中在 江淮 、 华 南 和 沿 海 等地 势 较 为平 坦 的地 区［ ３ ， ４ ， １ ０ ］ 。那 么 雷 达资料同化是否会对具有复杂地形下垫面的四川地区暴雨预报效果有改善作用呢？ 以２ ０ １ １ 年 ７月 ３ １ ３发 生 在 四川 地 区 的 一 次暴 雨 过 程 为 例 ， 采 用 ＷＲ Ｆ模 式 及 其 三 维 变 分 同化 系统 ＷＲ Ｆ － ３ ＤＶＡ Ｒ， 探 讨研 究 多普勒 雷达 资料 同化 对暴 雨预 报 的影 响 ， 以期 获得 有 价 值 的研 究 资料 并 对 提 高数 值 天气 预报
水 平 提供 有益 的参 考或借 鉴 。
１ 暴 雨 概 况 与 模 拟 方 案 设 计
１ ． １ “ ７ ． ３ ” 暴 雨概 况
受高原低槽和强烈的大气不稳定层结共同影 响， ２ ０ １ １ 年７ 月 １日晚开始 ， 四川盆地西部和川西高原大部出 现明显降水过程 ， 最强降水时段主要在 ７ 月 ３日０ ８时 ～４日０ ８时 ， 强降水分布在广元 、 绵阳 、 德 阳、 成都 、 雅安 、 眉山 、 乐 山、 宜宾 ８ 市， 图１ 为此次过程中四川省加密 自动站 ７ 月３ ３ １ ０ ８时至 ７ 月 ４日０ ８时 ２ ４ 小时累计降水量
摘要 ： 针对 ２ ０ １ １年 ７月 ３ Ｅ ｔ 四川地区一次强降雨过程 ， 以Ｎ Ｅ Ｃ Ｐ ／ ＮＣ ＡＲ １ 。 ×１ ｏ 再分析资料为背景场 ， 采 用中尺 度数值天气预报模 式 ＷＲＦ及其三维变分 同化 系统 ３ Ｄ Ｖ ＡＲ， 同时对 多普勒天气雷达的径 向速度和反射 率因子进 行
收稿 日期： ２ ０ １ ２ ． ０ ７ — １ １
基金项目 ： 中国气象局西南 区域气象 中心区域重大科研业务资助项 目（ 西域 ２ ０ １ ０ １ — １ ）
度资 料直 接变 分 同化进 行 了 比较 ， 发现 对 于格距 在 １ ０ ～２ ０ ｋ ｍ 的模 拟 ， 同化 效果 相 近 ， 但 对 于 几 公 里或 更 高 分 辨 率的模拟 ， 直接 同化径向速度的效果更好＿ ９ Ｊ 。四川地处川西高原 ， 短时强对流天气较多 ， 尤其是每年的 ７ －９ 月份
文 章编 号 ：１ ６ ７ １ — １ ７ ４ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ １ ７ — ０ ７
应用 多普勒天气 雷达资料对 四川“ ７ ・ ３ ’ ’ 暴雨 的变分 同化试验
杨 银 ， 朱 克云 ， 张 杰２ ， 戴 昌明
（ １ ． 成都信息工程 学院大气科学学院， 四川 成都 ６ １ ０ ２ ２ ５ ； ２ ． 成都军区空军气象中心 ， 四川 成都 ６ １ ０ ０ ４ １ ）
文献标志码 ： Ａ 中分类号 ： Ｐ ４ ５ ８ ． １ ２ １ ． １
０ 引 言
中小尺度暴雨及其产生的次生危害会对生命财产造成严重 的危害， 由于暴雨具有局地性 、 高强度 、 突发性等
特点 ， 对 暴雨 的准 确预报 （ 落区 、 时间、 强度 等 ） 一 直 以来都 是一 个难 点 问题 。数值 天 气预 报可 以归 结 为一个 初 值 问题 ， 即给 出 当前 大气 状 态 的最 优 估 计 （ 初值 ） 和 合 适 的边 界 条 件 ， 模 式 将 能模 拟 （ 预报 ） 大 气 未 来 的演 变 结 果…。数值预报的准确率主要依赖于模式物理过程 的完善和初／ 边界值的准确程度 。而数值模式存在对初值极 其敏 感 的问题 ＿ ２ Ｊ 。因此如 何获得 最优 的初 始 场成 为模 式预报 是 否成 功 的关键 因素 之一 。
第２ ８卷第 １ 期 ２ ０ １ ３年 ２月
成
都
信
息
工
程
学
院
学 报
Ｖｏ １ ． ２ ８ Ｎｏ ． １ Ｆｅ ｂ．２０ １ ３
Ｊ ＯＵ ＲＮＡ Ｌ Ｏ Ｆ ＣＨ Ｅ ＮＧＤ Ｕ ＵＮＩ Ｖ ＥＲ Ｓ Ｉ ＴＹ ＯＦ Ｉ ＮＦ ＯＲ ＭＡＴＩ ＯＮ ＴＥ Ｃ ＨＮ ＯＬ Ｏ ＧＹ
了三维变分同化对暴雨模拟效果影响的研究 。结果表 明： 同化了雷达资料后 的初始 场能够更加 精细 的刻画初始 风
场和水汽通量场的分布与数值 ， 能展现 出风场 的辐合 辐散区域 ， 对水 汽通量 的中心位置 有较大影 响 ， 大 风速 区域 和 水汽通量 高值 中心 有较好 的对应关 系 ； 同化 了多普勒 雷达 资料后 能较为 明显 的改变 降雨落 区及 强度 的预报 精度 ， 前６ ｈ有 明显 的改善作用 ， 随着时间的增加改善作用逐渐减小 ， 前 ９小时改进作用 仍很 明显 ， 对比 ２ ４小 时实况 降雨