雷达反射率在华南对流系统短临高分辨率数值模式的同化应用技术研究

Based on radar reflectivity provided by Doppler radar network in the region of South China, technique of 1Dvar+3Dvar assimilation and that of latent heat retrieved from radar reflectivity are researched to get the information of convective scale's water vapor and temperature . To retain the information of convective scale's water vapor more durable in the model integration process, a nudging technique is utilized to assimilate latent heat that retrieved from radar, rain water, cloud water and graupel that obtained from cloud analysis system, making the couple of water vapor, temperature and circulation changed by latent heat more reasonable, reducing model's spin-up phenomenon, improving the accuracy of predicting convective system using short-range high-resolution numerical models in South China

基于华南区域的多普勒雷达观测网提供的雷达反射率，通过开展一维加三维雷达同化技术及反演潜热技术研究，反演刻画出对流尺度的水汽、温度分布信息；为使对流尺度的同化水汽信息在模式积分过程保留更持久，采用nudging技术引入反演的潜热及云分析的雨水、云水和霰，使模式水汽、热力及其引起的环流变化匹配更合理，减缓模式的spin-up现象，提高短临数值模式对汛期对流的预报效果。

本研究主要基于华南区域的多普勒雷达观测网提供的雷达反射率，通过开展一维加三维雷达水汽同化技术及反演潜热技术研究，将三维的雷达反射率所包含的信息融入到模式初值场，以改进模式的短时临近预报水平。项目研究成果如下：.1、完成建立基于雷达反射率的潜热反演技术方法，并通过纳近潜热改进模式初值场的热力结构。该方法通过反演降水区释放的潜热及其引起的位温增量(变化)廓线，并在模式积分过程中通过牛顿松弛法强迫改变这些模式变量，使得模式诊断预报的降水率更接近观测降水。试验表明：模式初值引进潜热后，调整降水区域上空大气的温度结构，订正或加强次级环流，触发对流不稳定能量释放，并成云致雨。初值潜热对前12小时逐时降水预报一直保持正影响。.2、完成建立基于雷达反射率的贝叶斯水汽反演技术研究方法，并通过一维加三维同化将其同化到模式初值场，以提高模式初值水汽场的质量。批量试验结果发现1D+3D-var同化雷达资料后，大气对流层中低层（850-400百帕）增湿明显，其增湿影响程度可延续12小时以上。其降水预报在前12小时的逐小时 TS 均比控制试验高，而大于5毫米以上预报偏差则更接近1或少变。.3、结合于雷达反射率反演水汽、潜热以及云分析的水凝物等方法研究成果，形成一套同化雷达资料方法，通过短临预报系统开展批量试验发现，协调的动力热力结构初值场对提高短临预报效果起关键作用。设计冷启动、热启动和热启动加雷达水汽同化等三个对比试验，分析结果显示三个试验结果反映精细模式冷启动不利于1-6小时的降水预报。在热启动的基础上，考虑同化雷达反演的水汽后，不仅较好模拟前6小时的降水，也可以预报出6－12小时的降雨带变化趋势。.雷达反射率在短临高分辨率数值模式的同化应用技术研究成果提供了可实时同化雷达资料的水汽信息及其反演的潜热，为高分辨率数值模式提供动力热力协调的初值场，为提高模式短临预报起到关键作用。