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两类暴雨数值预报不确定性及集合预报方法研究

作　者: 纪永明
导　师: 陈静
学　校: 中国气象科学研究院
专　业: 气象学
关键词: 两类暴雨预报不确定性集合预报初值扰动方法
分类号: P456.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文从我国中尺度灾害性强降水天气数值预报和中尺度集合预报发展的需求出发,采用数值模拟方法、统计学方法、物理诊断技术,研究了我国研发的区域GRAPES模式积云对流参数化方案对我国南北方暴雨数值预报不确定性的影响差异,更加深入的认识GRAPES模式对我国南北方暴雨的预报不确定性。同时利用TIGGE资料构造了GRAPES集合预报初值扰动方法,进行了暴雨集合预报试验,研究了大尺度扰动场对GRAPES模式暴雨集合预报的影响,为发展GRAPES集合预报系统提供依据。研究工作的主要结论是:(1)不论是对于大尺度强迫较弱的南方暴雨,还是大尺度强迫较强的北方暴雨,积云对流参数化方案对暴雨降水预报均有较明显的影响,且南方暴雨预报不确定性具有明显的日变化特征,白天不确定性相对较强,晚上相对较弱,而对北方暴雨预报的影响日变化特征并不显著。(2)不同对流参数化方案对南方和北方暴雨的物理量预报不确定性的影响特征是不同的,对代表大尺度环流特征的物理量影响较小,对涡度、散度等这些能代表中尺度特征的物理量的影响较大,并且对南方暴雨的影响较对北方暴雨的影响大。在南方暴雨区,对流参数化方案对高层温度场的影响较大,在北方暴雨区,对流参数化方案对低层温度场的影响较大。(3)总体上看,对流参数化方案对南方暴雨的影响较对北方暴雨的影响大,南(北)方暴雨预报的不确定性特征与200hPa垂直速度的预报离差变化特征较一致(不一致)。(4)基于TIGGE资料构造的初值扰动场差异较大,使得集合扰动成员能够最大限度的表征初值场的不确定性,这对集合离散度的合理增长有正的影响,保证了集合扰动成员包含大气真实初始状态的概率增加,提高了区域GRAPES集合预报系统捕获极端降水天气的能力。(5)采用多物理、多初值方案的区域GRAPES集合预报试验结果表明:相对于单一确定性预报,区域GRAPES集合预报系统对降水预报具有显著的改进作用,强降水发生概率较高的区域与实况降水对应关系较好,概率预报结果的可信度较高。总体而言,集合离散度随时间增长。积分初期,暴雨的预报一致性(集合预报离散度)和预报技巧(集合预报平均均方根误差)之间的关系显示了本文基于TIGGE资料构造的区域GRAPES集合预报系统是合理的。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-18
  1.1 引言  8-9
  1.2 集合预报的基本理论  9-10
  1.3 中尺度暴雨集合预报的研究  10-15
    1.3.1 中尺度暴雨预报不确定性的研究进展  11-13
    1.3.2 中尺度暴雨集合预报初值扰动方法的研究进展  13-14
    1.3.3 中尺度暴雨集合预报模式扰动方法的研究进展  14-15
    1.3.4 同时考虑初值和模式不确定性的集合预报方法  15
  1.4 本文研究目的和意义  15-16
  1.5 本论文特色和创新点  16
  1.6 本论文安排  16-18
第二章 GRAPES中尺度区域模式及集合预报产品和检验方法介绍  18-25
  2.1 引言  18
  2.2 GRAPES—MESO模式的简要介绍  18-19
    2.2.1 模式动力方案简介  18-19
    2.2.2 模式物理方案简介  19
  2.3 集合预报基本产品及检验方法  19-24
    2.3.1 基本产品  19-21
    2.3.2 集合预报检验方法  21-24
  2.4 本章小结  24-25
第三章 GRAPES模式的不确定性研究  25-41
  3.1 引言  25-26
  3.2 GRAPES中尺度区域模式积云对流参数化方案介绍  26-27
  3.3 降水过程概况和试验方案设计  27-31
    3.3.1 数值试验方案设计  27-28
    3.3.2 暴雨过程简介  28-31
  3.4 降水模拟结果分析  31-32
  3.5 不确定性的统计参数设计与结果分析  32-36
  3.6 积云对流参数化方案影响南北方暴雨降水预报不确定性的物理过程分析  36-39
    3.6.1 积云对流参数化方案对降水预报方差的影响  36-37
    3.6.2 垂直速度预报离差在垂直方向上的时间演变  37-38
    3.6.3 降水预报离差与垂直速度预报离差的相关性分析  38-39
  3.7 本章小结  39-41
第四章 GRAPES模式扰动集合预报试验  41-51
  4.1 引言  41
  4.2 GRAPES模式扰动集合预报试验方案设计  41-42
  4.3 GRAPES模式扰动集合预报结果分析  42-46
  4.4 GRAPES模式扰动集合预报检验  46-50
  4.5 本章小结  50-51
第五章基于TIGGE资料的GRAPES多物理多初值集合预报方法研究  51-74
  5.1 引言  51-52
  5.2 数值模式与TIGGE资料介绍  52-53
    5.2.1 试验方案简介  52
    5.2.2 TIGGE数据概况  52-53
  5.3 基于TIGGE资料的区域GRAPES集合预报初值扰动方案设计  53-55
  5.4 区域GRPAES模式集合预报试验方案  55-56
  5.5 区域GRAPES集合预报试验  56-73
    5.5.1 “08.7.30”南方暴雨与“08.7.31”北方暴雨试验结果分析  56-64
    5.5.2 “08.07.22”黄淮暴雨试验结果分析  64-73
  5.6 本章小结  73-74
第六章总结与讨论  74-77
  6.1 论文的主要研究结论  74-75
  6.2 尚待进一步研究的问题  75-77
致谢  77-78
参考文献  78-83
个人简介  83

两类暴雨数值预报不确定性及集合预报方法研究

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