多途径探测资料在中尺度分析及预报中定量应用的方法研究

在现有工作基础上，针对风云二号卫星辐射资料、地基GPS反演整层水汽资料、GPS三维层析水汽资料等与水汽相关的我国多途径探测资料，通过在LAPS水汽分析方法中修订相关参数、增加其变分法中目标函数项、替换卫星辐射传输方程等方法来改进LAPS水汽分析变分算法；根据LAPS系统融合同化资料种类的不同，结合中尺度模式WRF，设计数值试验方案，建立客观检验评估标准及方法，来检验这些资料对改进LAPS水汽分析场质量及为模式提供初值对中尺度暴雨预报的贡献。本项目研究对提高这些非常规资料在中尺度分析及预报中的应用能力及中尺度暴雨预报水平具有重要意义。

多源观测资料的融合同化应用对中尺度分析和预报具有重要作用，本项目通过多源观测资料融合同化、数值模拟试验以及误差检验评估等方法，完成了三个方面的研究工作：（1）在前期研究基础上，开展多源新型观测资料在传统和变分LAPS系统中的融合同化应用研究，结果表明：我国高时空分辨率的风云卫星辐射资料在传统LAPS云分析中的融合应用可分析出更加接近实况的高时空分辨率的总云量产品，其提供的云水、云冰、云分类等云参数可刻画出细致的对流云团结构。GPS反演整层水汽在传统LAPS系统中的融合能改善中高层湿度场。多种观测资料的有效融合对LAPS各要素场的质量有重要贡献，雷达风资料在LAPS系统中对改善风场的分析起重要作用，各要素误差在观测误差范围内。风廓线雷达资料在变分LAPS系统中的同化能调整初值风场，减小低层风场误差，提高模式对较强降水的预报评分。 （2）基于LAPS系统和WRF模式建立了中尺度精细化数值预报系统。利用LAPS系统同化常规探空、地面、多普勒雷达观测资料为WRF模式提供初值建立的华中区域精细化预报系统运行稳定，批量试验表明，对主汛期暴雨预报能力较强。基于一次个例的循环同化试验结果表明，观测资料在LAPS系统中的多时次循环同化分析能提高WRF模式对暴雨的预报能力。（3）开发了变分LAPS云变分系统，实现了云变分分析功能。采用三维变分方法，将美国GOES卫星反演产品云光学厚度作为观测算子，确定目标函数，建立了LAPS云变分系统，能提供与实况较接近的云水、云冰等云参数，有助于模式热启动，提高模式降水预报水平。