探空气球漂移误差分析及对天气预报结果影响的数值研究

以前对探空资料的使用并没有考虑探空气球的漂移问题，气球空间漂移误差对中小尺度天气数值预报的影响如何，这方面工作国内外极少有研究涉及到。本项目拟以中国区域120个探空站近年来的探空数据为基础，具体研究内容包括三方面：（1）研究不同的地形及气候特征下探空漂移的时空变化规律，并给出有一定统计意义上的不同季节与区域考虑探空漂移与不考虑漂移对不同层次常规等压面物理量的误差分析；（2）改进MM5中尺度数值模式的客观分析模块，将探空漂移信息应用到模式的初始场中，调整模式分辨率和参数化方案，对低空急流、高空急流、切变线、锋面、槽线等各种典型天气过程进行敏感性试验、给出模式漂移订正的使用范围建议，提出相应的模式调整与改进方案；（3）通过对比分析各种典型天气系统下考虑和忽略探空气球漂移信息两种情况的模拟结果，并与实际观测相比较，评估探空漂移误差对模式预报结果的影响。

本课题的研究内容大体分为两个部分：中国地区探空漂移规律的分析；探空漂移对各种典型天气预报结果影响的数值分析。.对中国地区探空漂移规律的分析研究表明：.（1）探空漂移沿纬圈漂移占主导地位，沿纬圈漂移量大于沿经圈漂移量，沿纬圈漂移全年平均约60km，沿经圈漂移量全年平均约3.5km，有量级上的差别。.（2）沿经圈漂移以向南为主，沿纬圈以向东为主；从低层到高层漂移距离呈增大趋势；各个季节中以冬季的漂移距离最大，超过120km；夏季最小，约为40km；春、秋季次之，接近70km。 .（3）气球的漂移方向受天气系统影响显著，不同季节漂移方向有明显差异。夏季在中国西部以西北风漂移为主，在中国东部以西南风漂移为主，冬季、春季与秋季以西北风漂移为主，漂移距离的差异东部比西部显著。.（4）探空漂移的整体分布范围较大，并且比较均匀，漂移量在30～100km范围的出现频次接近70%。在进行中小尺度天气分析时，探空漂移不可忽略。.将探空漂移信息同化进MM5中尺度模式初始场，能够降低由于初始场的位置订正误差而导致的模拟结果的偏差，较真实的反映出实际大气的层结状况。在MM5模式中应用新的初始场订正方案，对各种典型天气过程进行数值模拟，与观测结果相比较，结果表明：.（1）对于层状云降水过程，加入探空漂移订正后，模式对降水模拟的结果更加接近于实况，降水中心的分布得到了一定程度的修正。.（2）对于对流云降水过程，加入探空漂移订正后，24小时累积降水量分布在空间上有明显的偏移，能够更好的表现出强降水中心的范围。.（3）对于大风降温过程，加入探空漂移订正后，模拟结果在数值和影响范围上都有效地减小了误差，温度场及风场的变化与实况有较好的一致性，大风降温过程的移动变化，尤其是大风前沿的位置与实况的对应关系较好，更加接近实况。 .（4）对于大雪过程，加入探空订正对于偏西气流型、西来槽型天气系统引起的降雪过程，其模拟结果有明显的修正作用，对于低涡低槽型降雪过程，探空漂移订正对模拟结果影响不明显。