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同化风廓线雷达资料对浙江降水预报改进评估

余贞寿 冀春晓 杨程 黎玥君

余贞寿, 冀春晓, 杨程, 等. 同化风廓线雷达资料对浙江降水预报改进评估. 应用气象学报, 2018, 29(1): 97-110. DOI: 10.11898/1001-7313.20180109..
引用本文: 余贞寿, 冀春晓, 杨程, 等. 同化风廓线雷达资料对浙江降水预报改进评估. 应用气象学报, 2018, 29(1): 97-110. DOI: 10.11898/1001-7313.20180109.
Yu Zhenshou, Ji Chunxiao, Yang Chen, et al. Impacts of assimilating wind profiler radar observations on precipitation prediction in Zhejiang Province. J Appl Meteor Sci, 2018, 29(1): 97-110. DOI:  10.11898/1001-7313.20180109.
Citation: Yu Zhenshou, Ji Chunxiao, Yang Chen, et al. Impacts of assimilating wind profiler radar observations on precipitation prediction in Zhejiang Province. J Appl Meteor Sci, 2018, 29(1): 97-110. DOI:  10.11898/1001-7313.20180109.

同化风廓线雷达资料对浙江降水预报改进评估

DOI: 10.11898/1001-7313.20180109
资助项目: 

浙江省气象科技计划项目 2013ZD01

浙江省科技计划项目 2014C33056

详细信息
    通信作者:

    余贞寿, E-mail:yuzhenshou@163.com

Impacts of Assimilating Wind Profiler Radar Observations on Precipitation Prediction in Zhejiang Province

  • 摘要: 采用中尺度模式WRF和美国俄克拉荷马大学风暴分析预测中心的资料同化系统开展中国东部地区35部风廓线雷达资料同化试验研究,在同化1 h平均采样产品前,对其进行气候极值检查、一致性检查、垂直稀疏化等质量控制,选取2014年5月16-17日暴雨过程评估同化风廓线雷达资料对降水预报的影响,探讨其对初始场改进作用,之后,通过批量试验再次确认同化风廓线雷达资料可有效提高降水预报能力。个例同化试验对比分析表明:同化风廓线雷达资料后,暴雨区及其上游地区850 hPa的风速增强20%~30%,水汽通量增加30%~50%,大气层结不稳定性增强,小雨和大雨TS评分分别提高0.06和0.07,暴雨漏报率和空报率分别降低0.04和0.05,降水预报得到改进。
  • 图  1  模拟区域与同化风廓线雷达站及探空站分布

    Fig. 1  Simulated model domains and wind profile radar with radiosonde stations

    图  2  2014年5月16日00:00—5月17日00:00浙江省24 h累积降水量(填色)

    (a)实况(等值线为16日15:00—16:00的1 h累积降水量,单位:mm),(b)WPRDA,(c)CTL

    Fig. 2  24 h accumulated precipitation(the shaded) in Zhejiang Province from 0000 UTC 16 May to 0000 UTC 17 May in 2014

    (a)observation(the countor denotes 1 h accumulated precipitation from 1500 UTC 16 May to 1600 UTC 16 May in 2014, unit: mm), (b)WPRDA, (c)CTL

    图  3  同化雷达风廓线资料对2014年5月16日00:00—5月17日00:00浙江省累积降水量预报效果评估

    Fig. 3  Assessment of radar wind profile data assimilation on the simulated 24 h accumulated precipitation in Zhejiang Province from 0000 UTC 16 May to 0000 UTC 17 May in 2014

    图  4  WPRDA与CTL 850 hPa初始场差值

    (a)纬向风分量(等值线,单位:m·s-1)和涡度(填色,单位:10-5 s-1)(长虚线框代表浙江暴雨区, 实线框代表暴雨上游区),(b)经向风分量(等值线,单位:m·s-1)和散度(填色,单位:10-5 s-1)

    Fig. 4  The initial field difference at 850 hPa between WPRDA and CTL

    (a)zonal wind(the contour, unit:m·s-1) and vorticity(the shaded, unit:10-5 s-1)(the long dashed line rectangle box denotes the rainstorm area over Zhejiang Province, and the solid line rectangle box denotes the upstream area), (b)meridional wind(the contour, unit:m·s-1) and divergence(the shaded, unit:10-5 s-1)

    图  5  数值试验初始时刻850 hPa水平风场(矢量)与水汽通量场(填色,单位:g·(cm·hPa·s)-1)

    (a)WPRDA,(b)CTL

    Fig. 5  The initial wind field(the vector) and water vapor flux(the shaded, unit:g·(cm·hPa·s)-1) at 850 hPa

    (a)WPRDA, (b)CTL

    图  6  WPRDA与CTL初始场水平风廓线与实况经向风对比

    (a)杭州站纬向风分量,(b)杭州站经向风分量,(c)衢州站纬向风分量,(d)衢州站经向风分量

    Fig. 6  Comparisons between the simulated initial horizontal wind profiles and the observation

    (a)zonal wind at Hangzhou, (b)meridional wind at Hangzhou, (c)zonal wind at Quzhou, (d)meridional wind at Quzhou

    图  7  WPRDA与CTL的12 h预报水平风廓线与实况对比

    (a)杭州站纬向风分量,(b)杭州站经向风分量,(c)衢州站纬向风分量,(d)衢州站经向风分量

    Fig. 7  Comparisons between 12 h forecast horizontal wind profiles and the observation

    (a)zonal wind at Hangzhou, (b)meridional wind at Hangzhou, (c)zonal wind at Quzhou, (d)meridional wind at Quzhou

    图  8  2014年5月16日15:00—16:00浙江省1 h降水量模拟结果

    (三角形代表最大降水量中心)(a)WPRDA, (b)CTL

    Fig. 8  The simulated 1 h accumulated precipitation in Zhejiang Province from 1500 UTC 16 May to 1600 UTC 16 May in 2014

    (the triangle represents the center of maximum rainfall) (a)WPRDA, (b)CTL

    图  9  沿图 8a中红色斜线的2014年5月16日15:00垂直剖面图

    (a)WPRDA模拟的相当位温(黑色等值线,单位:K)和相对湿度(填色),(b)CTL模拟的相当位温(黑色等值线,单位:K)和相对湿度(填色),(c)WPRDA模拟的雨水、云水、云冰、雪和霰等云水凝物分布以及0℃和-20℃层高度,(d)CTL模拟的雨水、云水、云冰、雪和霰等云水凝物分布以及0℃和-20℃层高度

    Fig. 9  The vertical section along the red slash line shown in Fig. 8a at 1500 UTC 16 May 2014

    (a)the equivalent temperature(the black isoline, unit:K) and relative humidity(the shaded) of WPRDA, (b)the equivalent temperature(the black isoline, unit:K) and relative humidity(the shaded) of CTL, (c)the vertical section of rain water, cloud water, cloud ice, snow and graupel with 0℃, -20℃ layer height of WPRDA, (d)the vertical section of rain water, cloud water, cloud ice, snow and graupel with 0℃, -20℃ layer height of CTL

    图  10  2015年6月1—30日批量试验中浙江省区域降水预报效果评估

    (a)CTL00和WPRDA00模拟的浙江省区域平均日降水量与实况对比,(b)CTL12和WPRDA12模拟的浙江省区域平均日降水量与实况对比,(c)CTL00和WPRDA00降水预报的TS和ETS评分,(d)CTL12和WPRDA12降水预报的TS和ETS评分,(e)CTL00和WPRDA00降水预报的空报率和漏报率,(f)CTL12和WPRDA12的降水预报空报率和漏报率

    Fig. 10  Evaluation of regional average rainfall in Zhejiang Province by batch experiments from 1 Jun to 30 Jun in 2015

    (a)Zhejiang regional average daily precipitation simulated by CTL00 and WPRDA00 with the observation, (b)Zhejiang regional average daily precipitation simulated by CTL12 and WPRDA12 with the observation, (c)TS and ETS of CTL00 and WPRDA00 forecasts, (d)TS and ETS of CTL12 and WPRDA12 forecasts, (e)FAR and FOM of CTL00 and WPRDA00 forecasts, (f)FAR and FOM of CTL12 and WPRDA12 forecasts

    图  11  BWPRDA与BCTL模拟的2015年6月1—30日平均降水评估

    Fig. 11  Evaluation of precipitation forecast by BWPRDA and BCTL from 1 Jun to 30 Jun in 2015

    表  1  风廓线雷达资料同化对比试验设计

    Table  1  Design for comparative WPR assimilation experiments

    试验类型 各试验设计描述
    控制试验CTL 针对2014年5月16—17日发生在浙江的一次暴雨过程,不同化任何观测资料,直接采用NCEP GFS提供的预报场作为WRF初始场和侧边界场,不同化任何观测资料,从5月16日00:00(世界时,下同)启动,积分24 h,称该试验为CTL
    同化试验WPRDA 试验中其他条件同CTL,只是增加了同化中国东部地区35部风廓线雷达资料(图 1),称该试验为WPRDA
    批量控制试验
    BCTL
    针对2015年6月1—30日用NCEP GFS预报场作为WRF的初始场和侧边界场,不同化任何观测资料,从00:00和12:00开始积分24 h的试验, 分别称为CTL00和CTL12,CTL00和CTL12合并称为BCTL
    批量同化试验
    BWPRDA
    试验中其他条件同CTL00和CTL12,只是增加了同化中国东部地区35部风廓线雷达资料,试验对应称为WPRDA00和WPRDA12,WPRDA00和WPRDA12合并称为BWPRDA
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-06-30
  • 修回日期:  2017-10-09
  • 刊出日期:  2018-01-31

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