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本研究利用Advanced Regional Prediction Systerm(ARPS)系统探讨多普勒雷达资料应用于中尺度数值模式,通过改进初始场对强对流临近(0~3小时)和甚短期(0~12小时)预报的影响。
ARPS模式中原本有处理多普勒雷达Lev-Ⅲ资料的模块,但在一个雷达观测站只处理4个仰角径向风和反射率的资料。在此基础上,进行修改扩充将我国20世纪末、21世纪初全国布网的新一代多普勒雷达基数据全部14个仰角的原始径向风和反射率资料应用于ARPS模式。对我国2003年7月一次特大暴雨过程的个例研究表明,初始时刻加入多普勒雷达基数据的数值模拟,能改善甚短期0~12小时的降水范围、强度和降水中心的预报结果。即使在目前雷达初始化数值模式预报低谷区的3~4小时处,仍表现出较好的预报水平。因此,本文认为使用多普勒雷达资料初始化中尺度数值模式,能够弥补“spinup”带来的副作用,表现在开始预报的第一小时,就预报出雷达估计回波的强中心和大致分布,并且预报出与实况接近的降水;改变了由于“spinup”引起的回波估计预报延迟和预报前期没有降水的现象。且试验表明提高数值模式分辨率,可以使多普勒雷达资料弥补“spinup”副作用的能力更明显。
多普勒雷达资料应用于数值模式之所以有这种能力,是由于从多普勒雷达资料可以得到云和降水场的信息,一方面为模式微物理变量提供初值,填补了初始时刻云微物理量的空白,使随后的微物理量演变进程更加合理化,从而对降水预报产生正面影响;另一方面,为中尺度模式的非绝热初始化提供对流尺度数据源,对潜热、动力场和湿度进行调整,有效地实现模式的“hot-start”(热启动),缩短了“预热”时间。
另外,将天津多普勒雷达Lev-Ⅲ资料应用于ARPS模式对天津2003、2004年两次夏季大暴雨过程进行模拟。以往较多的研究考察了在系统发展强盛阶段,加入多普勒雷达资料对预报的影响。众所周知,“从无到有”的初生和“从有到无”的衰亡过程是预报的难点。本文主要关注暴雨初生和衰亡阶段,多普勒雷达资料应用的影响。个例研究表明,虽然在暴雨初生和衰亡阶段雷达回波强度相对较弱,仍能使预报更好反应系统的初生、衰亡趋势。在暴雨初生阶段,加入多普勒雷达资料初始化数值模式,可以有效改进0~6小时小雨、中雨、大雨的预报,特别是改进了初生阶段的暴雨的预报,这具有非常重要的预报意义。在暴雨衰亡阶段,加入多普勒雷达的数值模式在小雨预报上表现出负面作用;但对中雨和大雨的预报有重要的正面作用。因此,加入雷达资料的数值模式对暴雨衰亡也是很有预报意义的,只是情况复杂一些。