留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

同化雷达估算降水率对暴雨预报的影响

高郁东 万齐林 薛纪善 丁伟钰 李昊睿 张诚忠 黄燕燕

高郁东, 万齐林, 薛纪善, 等. 同化雷达估算降水率对暴雨预报的影响. 应用气象学报, 2015, 26(1): 45-56. DOI: 10.11898/1001-7313.20150105..
引用本文: 高郁东, 万齐林, 薛纪善, 等. 同化雷达估算降水率对暴雨预报的影响. 应用气象学报, 2015, 26(1): 45-56. DOI: 10.11898/1001-7313.20150105.
Gao Yudong, Wan Qilin, Xue Jishan, et al. Effects of assimilating radar rainfall rate estimation on torrential rain forecast. J Appl Meteor Sci, 2015, 26(1): 45-56. DOI:  10.11898/1001-7313.20150105.
Citation: Gao Yudong, Wan Qilin, Xue Jishan, et al. Effects of assimilating radar rainfall rate estimation on torrential rain forecast. J Appl Meteor Sci, 2015, 26(1): 45-56. DOI:  10.11898/1001-7313.20150105.

同化雷达估算降水率对暴雨预报的影响

DOI: 10.11898/1001-7313.20150105
资助项目: 

公益性行业 (气象) 科研专项 GYHY201006016

国家自然科学基金项目 41475102

广东省气象局科学技术研究项目 2013Q02

详细信息
    通信作者:

    高郁东, email: gaoyd@grmc.gov.cn

Effects of Assimilating Radar Rainfall Rate Estimation on Torrential Rain Forecast

  • 摘要: 选取2009年3月28日广东省广州市大暴雨过程,考察了变分校准前后Z-I关系估算雷达降水率的区别。变分校准后的降水率资料具有较高的单点精度与合理的梯度分布。降水率资料能够反映大气动力特征和水汽分布等重要信息,是模拟中小尺度系统的关键因子。基于GRAPES (Global/Regional Analysis and Prediction System) 区域三维变分系统,将FSU (Florida State University) 对流参数化方案作为观测算子的同化试验指出,同化降水率资料后同时增强了低层大气的辐合和高层大气的辐散,从而使整层气柱的不稳定能量增加。沙氏指数和K指数诊断分析也表明,同化降水率资料后有利于触发强对流天气。此外,低空辐合有利于水汽垂直输送,维持对流发展,改进降水模拟。逐小时数值模拟结果表明:同化校准后的雷达估算降水率不仅可以改进降水分布,而且使中尺度对流系统的发展和消亡清晰地表现出来。
  • 图  1  2009年3月28日10:00广州雷达估算降水率 (填色图) 与自动气象站降水率 (数字)(降水率单位:mm·h-1) (a) 变分校准前,(b) 变分校准后

    Fig. 1  Guangzhou radar estimations of rainfall rate (the shaded) and automatic weather station rainfall rate (number)(unit:m·h-1) at 1000 UTC 28 May 2009(a) before variational calibration, (b) after variational calibration

    图  2  2009年3月28日10:00雷达估算降水率与自动气象站降水率的相对误差 (a) 变分校准前, (b) 变分校准后

    Fig. 2  Relative errors between radar estimation of rainfall rate and automatic weather station rainfall rate at 1000 UTC 28 Mar 2009 (a) before variational calibration, (b) after variational calibration

    图  3  切线性观测算子相对于比湿和垂直速度的扰动程度

    Fig. 3  Disturbance of linear observational operator with respect to specific humidity and vertical velocity

    图  4  同化前后比湿 (阴影)、散度 (等值线,单位:10-5s-1) 以及风场 (矢量) 分布

    (a) 背景场850 hPa水平风场和比湿分布,(b) 分析场850 hPa水平风场和比湿分布,(c)850 hPa散度和比湿增量水平分布,(d) 散度和比湿增量沿23°N垂直分布

    Fig. 4  The distribution of specific humidity (the shaded), divergence (contour, unit:10-5s-1) and horizontal wind (vector) before and after assimilation

    (a)850 hPa horizontal distribution of background wind and specific humidity, (b)850 hPa horizontal distribution of analysis wind and specific humidity, (c)850 hPa horizontal distribution of increment divergence and specific humidity, (d) vertical distribution of increment divergence and specific humidity along 23°N

    图  5  同化前后850 hPa水汽平流 (填色,单位:10-6 m·s-2)、水汽通量散度 (填色,单位:10-6 g·cm-2·hPa·s) 以及流场 (流线) 分布

    (a) ExpC水汽平流,(b) ExpA水汽平流,(c) ExpC水汽通量散度和流线,(d) ExpA水汽通量散度和流线

    Fig. 5  The distribution of moisture advection (the shaded, unit: 10-6 m·s-2), moisture flux divergence (the shaded, unit: 10-6 g·cm-2·hPa·s) and flow field (streamline) at 850 hPa before and after assimilation

    (a) moisture advection of ExpC, (b) moisture advection of ExpA, (c) moisture flux divergence and flow field of ExpC, (d) moisture flux divergence and flow field of ExpA

    图  6  沙氏指数和K指数

    (a) ExpC的沙氏指数, (b) ExpA的沙氏指数, (c) ExpC的K指数, (d) ExpA的K指数

    Fig. 6  Showalter index and K index

    (a) Showalter index of ExpC, (b) Showalter index of ExpA, (c)K index of ExpC, (d)K index of ExpA

    图  7  2009年3月28日10:00—15:00累积降水量 (单位:mm)

    (a) ExpC,(b) ExpA,(c) 观测,(d) 逐小时最大降水量

    Fig. 7  Precipitation from 1000 UTC to 1500 UTC on 28 Mar 2009(unit:mm)

    (a) ExpC, (b) ExpA, (c) observation, (d) hourly maximum precipitation

    图  8  逐小时地面降水分布

    Fig. 8  The distribution of hourly rainfall at surface

  • [1] 王楠, 刘黎平, 徐宝祥, 等.利用多普勒雷达资料识别低空风切变和辐合线方法研究.应用气象学报, 2007, 18(3):314-320. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20070353&flag=1
    [2] 王改利, 刘黎平, 阮征.多普勒雷达资料在暴雨临近预报中的应用.应用气象学报, 2007, 18(3):388-395. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20070363&flag=1
    [3] 王飞, 张义军, 赵均壮, 等.雷达资料在孤立单体雷电预警中的初步应用.应用气象学报, 2008, 19(2):153-160. doi:  10.11898/1001-7313.20080228
    [4] Wilson J W.Integration of radar and raingagedata for improved rainfall measurement.J Appl Meteor, 1970, 9(3):489-497. doi:  10.1175/1520-0450(1970)009<0489:IORARD>2.0.CO;2
    [5] Brandes E A.Optimizing rainfall estimates with the aid of radar.J Appl Meteor, 1975, 14(7):1339-1345. doi:  10.1175/1520-0450(1975)014<1339:OREWTA>2.0.CO;2
    [6] Brandes E A, Sirmans D.Convective Rainfall Estimation by Radar-experimental Results and Proposed Operational Analysis Technique.Preprint Volume of Conference on Hydrometeoroogy, Amer Meteor Soc, 1976:54-59.
    [7] Sasaki Y.Some basic formalisms in numerical variation analysis.Mon Wea Rev, 1970, 98(12):875-883. doi:  10.1175/1520-0493(1970)098<0875:SBFINV>2.3.CO;2
    [8] Ninomiya K, Akiyama T.Objective analysis of heavy rainfalls based on radar and gauge measurement.J Meteor Soc Japan, 1978, 50:206-210. doi:  10.1061/%28ASCE%29HE.1943-5584.0000378
    [9] 张培昌, 戴铁丕, 伍志方, 等.用变分方法校准数字化天气雷达测定区域降水量基本原理和精度.大气科学, 1992, 16(2):248-256. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXK199202012.htm
    [10] 王叶红, 崔春光, 赵玉春, 等.变分技术在校准数字化天气雷达定量估测降水中的应用.气象, 2001, 27(10):3-7. doi:  10.3969/j.issn.1000-0526.2001.10.001
    [11] 万齐林.气象遥感资料变分校准方案改进及应用试验.气象, 2006, 32(11):19-24. doi:  10.3969/j.issn.1000-0526.2006.11.003
    [12] 丁伟钰, 万齐林, 闫敬华, 等.对流天气系统自动站雨量资料同化对降雨预报的影响.大气科学, 2006, 30(2):317-326. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXK200602013.htm
    [13] Marécal V, Mahfouf J F.Four-dimensional variational assimilation of total column water vaporin rainy areas.Mon Wea Rev, 2002, 130(1):43-58. doi:  10.1175/1520-0493(2002)130<0043:FDVAOT>2.0.CO;2
    [14] Bauer P, Mahfouf J F, Olson W S, et al.Error analysis of TMI rainfall estimates over ocean for variational data assimilation.Quart J Roy Meteor Soc, 2002, 128(584):2129-2144. doi:  10.1256/003590002320603575
    [15] 丁伟钰, 万齐林, 端义宏.TRMM降水率资料的三维变分同化及其对"杜鹃"(0313) 台风预报的改进.大气科学, 2005, 29(4):600-608. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXK200504010.htm
    [16] Macpherson B.Operational experience with assimilation of rainfall datain the met office mesoscale model.Meteor Atmos Phys, 2001, 76(1-2):3-8. https://www.researchgate.net/publication/225750106_Operational_experience_with_assimilation_of_rainfall_datain_the_Met_Office_Mesoscale_model
    [17] Stephan K, Klink S, Schraff C.Assimilation of radar derived rain rates into the convective scale model COSMO-DE at DWD.Quart J Roy Meteor Soc, 2008, 134(634):1315-1326. doi:  10.1002/qj.v134:634
    [18] Wang X B, Yau M K, Nagarajan B, et al.The impact of assimilating radar-estimated rain rateson simulation of precipitation in the 17-18 July 1996 Chicago Floods.Adv Atmos Sci, 2010, 27(2):195-210. doi:  10.1007/s00376-009-8212-6
    [19] 张培昌, 杜秉玉, 戴铁丕.雷达气象学.北京:气象出版社, 2001:181-186.
    [20] 江源, 刘黎平, 庄薇.多普勒天气雷达地物回波特征及其识别方法改进.应用气象学报, 2009, 20(2):203-213. doi:  10.11898/1001-7313.20090210
    [21] Anthes R A.A cumulus parameterization scheme utilizing a one-dimensional cloud model.Mon Wea Rev, 1977, 105(3):270-286. doi:  10.1175/1520-0493(1977)105<0270:ACPSUA>2.0.CO;2
    [22] Krishnamurti T N, Low-Nam S, Pasch R.Cumulus parameterization and rainfall rates Ⅱ.Mon Wea Rev, 1983, 111(4):815-828. doi:  10.1175/1520-0493(1983)111<0815:CPARRI>2.0.CO;2
    [23] Krishnamurti T N, Ramanathan Y, Pan H L, et al.Cumulus parameterization and rainfall rates Ⅰ.Mon Wea Rev, 1980, 108(4):465-472. doi:  10.1175/1520-0493(1980)108<0465:CPARRI>2.0.CO;2
    [24] 庄世宇, 薛纪善, 朱国富, 等.GRAPES全球三维变分同化系统——基本设计方案与理想试验.大气科学, 2005, 29(6):872-884. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXK200506003.htm
    [25] 李华宏, 薛纪善, 王曼, 等.多普勒雷达风廓线的反演及变分同化试验.应用气象学报, 2007, 18(1):50-57. doi:  10.11898/1001-7313.20070110
    [26] 万齐林, 薛纪善.曲率修正线性平衡方程及其在变分同化风压约束中的应用.热带气象学报, 2007, 23(5):417-423. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-RDQX200705000.htm
    [27] 王瑞春, 龚建东, 张林.GRAPES变分同化系统中动力平衡约束的统计求解.应用气象学报, 2012, 23(2):129-138. doi:  10.11898/1001-7313.20120201
  • 加载中
图(8)
计量
  • 摘要浏览量:  3033
  • HTML全文浏览量:  1221
  • PDF下载量:  967
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-05-06
  • 修回日期:  2014-10-13
  • 刊出日期:  2015-01-31

目录

    /

    返回文章
    返回