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基于中尺度对流复合体（MCC）物理过程扰动的集合预报研究

作　者: 包慧濛
导　师: 高庆九
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 气象学
关键词: 集合预报 物理参数化 物理过程随机扰动
分类号: P456.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


中小尺度对流系统的热、动力机制是有差别的,根据不同的系统设计合适的物理过程扰动方案是必要的。本文基于WRF模式,针对中尺度对流复合体这一系统,对其进行集合预报的物理过程扰动方案研究。主要结论如下：(1)在MCC暴雨预报中,非绝热物理过程对大尺度环流变量影响较小,对表征MCC暴雨中尺度特征的变量影响较大,并且积云对流方案和边界层方案对这些物理量的影响超过辐射方案。对流参数化方案在积分前段时间是对热力场的影响大于动力场,积分后段时间则相反。不同的对流参数化方案由于对流触发机制不一样而产生不同的对流降水,因而凝结潜热释放形成不同的温度扰动,而形成不同的模拟结果。(2)将WRF模式中不同的物理过程参数化方案组合进行降水预报,可以反映MCC暴雨预报的不确定性特征；降水集合预报平均、集合离散度以及降水概率预报能为MCC暴雨降水强度、落区预报提供有价值的预报不确定性信息；集合预报对大雨以下的降水是偏湿的,对大雨以上级别的降水是偏干的。Grell积云参数化方案中,通过扰动对流触发参数来改变对流触发的难易程度会对降水预报的落区、强度、变量垂直廓线分布等要素具有明显的影响。(3)不同物理参数化方案、积云对流参数化敏感参数扰动方案、物理过程随机扰动方案,通过这三种方法构造集合预报都要优于控制预报。从均方根误差与离散度的角度来看,三种方案中是物理过程随机扰动的均方根误差要小于其它两种方案,而其离散度要大于其它两种方案,所以物理过程随机扰动要优于其它两种方案,并且其优越性在积分后期比较明显。所以今后在物理参数化方案研究中,应侧重于参数化方案的完善,MCC集合预报系统的构建方案应多考虑物理过程随机扰动方案。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
第一章 绪论  7-13
  1.1 集合预报的研究意义及原理  7-8
    1.1.1 集合预报研究意义  7
    1.1.2 集合预报的概念  7-8
  1.2 集合预报系统  8-9
  1.3 集合预报研究进展  9-11
    1.3.1 初值扰动方法研究进展  9
    1.3.2 物理扰动方法研究进展  9-11
  1.4 本文研究的主要问题及内容安排  11-13
第二章 WRF模式及集合预报评价方法简介  13-19
  2.1 引言  13
  2.2 WRF模式  13-16
    2.2.1 WRF模式简介  13-14
    2.2.2 模式动力框架  14-15
    2.2.3 模式的运行流程  15-16
  2.3 集合预报的研究方法  16-18
    2.3.1 集合平均  16
    2.3.2 天气要素概率预报  16
    2.3.3 离散度  16-17
    2.3.4 均方根误差  17
    2.3.5 平均总能量  17
    2.3.6 BIAS,ETS评分  17-18
  2.4 本章小结  18-19
第三章 非绝热物理过程对MCC预报的不确定性分析  19-28
  3.1 引言  19
  3.2 降水过程概况和试验方案设计  19-22
    3.2.1 降水过程概况  19-20
    3.2.2 天气形势分析  20-22
  3.3 非绝热物理过程在MCC暴雨预报中的相对重要性  22-24
    3.3.1 模式配置  22
    3.3.2 试验方案  22-23
    3.3.3 结果分析  23-24
  3.4 积云对流参数化方案的不确定性影响特征  24-26
    3.4.1 对降水预报不确定性的影响  24-25
    3.4.2 影响降水不确定性的物理过程  25-26
  3.5 本章小结  26-28
第四章 物理过程扰动方案设计  28-39
  4.1 引言  28
  4.2 多参数化方案设计  28-32
    4.2.1 试验方案设计  28-29
    4.2.2 试验结果分析  29-30
    4.2.3 预报技巧评价与检验  30-32
  4.3 单参数化方案设计  32-36
    4.3.1 积云对流参数化敏感参数扰动方案设计  32-35
      4.3.1.1 Grell积云参数化方案分析  32-33
      4.3.1.2 方案敏感性分析  33-35
      4.3.1.3 扰动方案设计  35
    4.3.2 物理过程随机扰动方案设计  35
      4.3.2.1 试验方案设计  35
    4.3.3 试验结果分析  35-36
  4.4 模式扰动方案对比  36-38
    4.4.1 集合平均  36
    4.4.2 降水预报评分  36-37
    4.4.3 均方根误差和集合离散度检验  37-38
  4.5 本章小结  38-39
第五章 集合预报物理过程扰动的适用性检验  39-42
  5.1 个例简介  39
  5.2 模式配置  39
  5.3 试验结果分析  39-41
  5.4 本章小结  41-42
第六章 总结与讨论  42-44
  6.1 论文的主要结论  42
  6.2 创新点  42-43
  6.3 存在问题和工作展望  43-44
参考文献  44-48
致谢  48-49
论文附图  49-70
作者简介  70

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 大气科学（气象学） > 天气预报 > 预报方法 > 数值预报方法
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