FY-2D云導(dǎo)風(fēng)在“鯰魚(yú)”臺(tái)風(fēng)模擬中的同化試驗(yàn)

蘇 捷, 朱克云, 張 杰

(1.成都信息工程學(xué)院大氣科學(xué)學(xué)院,四川成都610225;2.成都軍區(qū)空軍氣象中心,四川成都610041;3.中國(guó)人民解放軍96115部隊(duì),吉林通化134001)

1 引言

隨著近幾年大氣觀測(cè)技術(shù)的逐步提高,衛(wèi)星、雷達(dá)等一系列高分辨率的非常規(guī)觀測(cè)已在預(yù)報(bào)和數(shù)值模擬等方面取得了較為廣泛應(yīng)用,成效顯著,很大程度的彌補(bǔ)了常規(guī)觀測(cè)資料時(shí)空分布不足的缺點(diǎn)。對(duì)于觀測(cè)稀疏的海洋以及高原地區(qū),云導(dǎo)風(fēng)資料可以對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)的初始場(chǎng)做重要補(bǔ)充和改善。

早在20世紀(jì)80年代的美國(guó)衛(wèi)星應(yīng)用會(huì)議上,Purdom et al.[1]就提出可以通過(guò)追蹤衛(wèi)星照片中云的移動(dòng)和發(fā)展,來(lái)觀測(cè)分析風(fēng)暴等中尺度系統(tǒng)的發(fā)展和演變。之后隨著新型號(hào)衛(wèi)星的發(fā)射及新探測(cè)器的出現(xiàn),云導(dǎo)風(fēng)在數(shù)值模擬中的使用和研究也越發(fā)廣泛,John F.Le Marshall et al.[2]通過(guò)對(duì)比了3種不同的資料同化方法的結(jié)果之后,得出：變分方法能更好的利用高時(shí)空分辨率的云導(dǎo)風(fēng)資料中所含的信息。R.C.Bhatia et al.[3]通過(guò)在有限區(qū)域模式中同化METEOSAT-5水汽通道的云導(dǎo)風(fēng)數(shù)據(jù),得出加入云導(dǎo)風(fēng)可以對(duì)熱帶氣旋的路徑預(yù)測(cè)產(chǎn)生了正效果。B.J.Soden et al.[4]通過(guò)在GFDL颶風(fēng)模式中同化GOES-8的云導(dǎo)風(fēng)資料減小了對(duì)颶風(fēng)路徑預(yù)報(bào)的偏西誤差,得出同化云導(dǎo)風(fēng)可以較好的優(yōu)化初始場(chǎng),減小預(yù)報(bào)誤差。云導(dǎo)風(fēng)對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑的影響在國(guó)內(nèi)也有較多的研究和探索,張守峰等[5,6]使用GMS-5衛(wèi)星云導(dǎo)風(fēng)資料用最有插值法訂正客觀分析風(fēng)場(chǎng),發(fā)現(xiàn)新的分析場(chǎng)對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)有明顯改進(jìn)。王棟梁等[7]通過(guò)一系列四維變分同化試驗(yàn)同化GMS-5水汽和紅外云導(dǎo)風(fēng)資料,結(jié)果表明同化之后對(duì)熱帶氣旋路徑預(yù)報(bào)有一定改善。莊照榮等[8]通過(guò)使用GRAPES同化GMS-5衛(wèi)星云導(dǎo)風(fēng)資料對(duì)“森拉克”臺(tái)風(fēng)做24小時(shí)預(yù)報(bào),得到了質(zhì)量更高的風(fēng)壓場(chǎng)和更準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)路徑。何斌等[9]以同化試驗(yàn)和無(wú)同化控制試驗(yàn)的檢驗(yàn)對(duì)比,得出云導(dǎo)風(fēng)資料對(duì)u,v風(fēng)場(chǎng)的改進(jìn)主要集中在對(duì)流層高層,對(duì)中低層的影響不很明顯。我國(guó)自FY-2C靜止衛(wèi)星的發(fā)射至退役(現(xiàn)在被FY-2E衛(wèi)星的成功替代),其云導(dǎo)風(fēng)產(chǎn)品在數(shù)值模式中的使用大多用于對(duì)暴雨的模擬預(yù)報(bào)或數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理,而在臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)方面并沒(méi)有進(jìn)行太多研究。如李華宏等[10]同化FY-2C云導(dǎo)風(fēng)資料發(fā)現(xiàn)在暴雨區(qū)附近初始風(fēng)場(chǎng)低層的西南氣流明顯加強(qiáng),能很好地改善24h暴雨預(yù)報(bào)的強(qiáng)度和落區(qū)。其他分析[11-13]也證實(shí)在暴雨預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)和科研中,云導(dǎo)風(fēng)資料的使用對(duì)提高降水預(yù)報(bào)質(zhì)量是一個(gè)有效途徑。何志新等[14]在一個(gè)個(gè)例中同化了一個(gè)時(shí)次的FY-2C云導(dǎo)風(fēng)資料,得出其對(duì)臺(tái)風(fēng)的降水預(yù)報(bào)有較好改善。

鑒于FY-2C衛(wèi)星退役之后,國(guó)內(nèi)對(duì)我國(guó)云導(dǎo)風(fēng)產(chǎn)品研究和應(yīng)用較為少缺,因此以不同于前人的研究思路和方法,對(duì)FY-2D導(dǎo)風(fēng)產(chǎn)品進(jìn)入WRF-3DVAR模塊的同化結(jié)果進(jìn)行探討,并分析不同通道的產(chǎn)品和不同同化方法對(duì)臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)的可能產(chǎn)生的影響。

2 云導(dǎo)風(fēng)資料來(lái)源及其預(yù)處理

利用靜止氣象衛(wèi)星紅外云圖和水汽圖像資料,追蹤連續(xù)的幾幅云圖上的目標(biāo)云塊(示蹤云)的位移,估計(jì)出大氣的運(yùn)動(dòng)并利用球面三角公式推算出平均運(yùn)動(dòng)矢量,作為該區(qū)域示蹤云所在高度的風(fēng)的近似,這種運(yùn)動(dòng)矢量稱(chēng)為大氣運(yùn)動(dòng)矢量(Atmosphere Movtion Vector,AMV),即國(guó)內(nèi)所稱(chēng)的云導(dǎo)風(fēng)(云跡風(fēng))。

所使用的云導(dǎo)風(fēng)資料來(lái)自國(guó)家衛(wèi)星中心的FY-2D大氣運(yùn)動(dòng)矢量產(chǎn)品,其等壓面高度是根據(jù)云塊的環(huán)境溫度推算得出。產(chǎn)品在生成過(guò)程中,國(guó)家衛(wèi)星中心產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員首先對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)和容錯(cuò)處理,其后又應(yīng)用雙通道法對(duì)矢量高度進(jìn)行估計(jì),最后再經(jīng)過(guò)空間連續(xù)性,時(shí)間連續(xù)性,地物剔出等一系列質(zhì)量控制的調(diào)整[15]。因此,本文所用云導(dǎo)風(fēng)資料已經(jīng)通過(guò)質(zhì)量檢驗(yàn),數(shù)據(jù)真實(shí)可用。

FY-2D 云導(dǎo)風(fēng)數(shù)據(jù)的計(jì)算范圍從 37°E-137°E,50°N-50°S,即 100°×100°,分辨率為 1°×1°。將下載的2010年10月18日到2010年10月23日的導(dǎo)風(fēng)數(shù)據(jù)解碼并提取,由于云導(dǎo)風(fēng)是依據(jù)云頂?shù)囊苿?dòng)確立,因此對(duì)該時(shí)間段內(nèi)所有導(dǎo)風(fēng)數(shù)據(jù)在高度上的分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果如表1所示。

表1 云導(dǎo)風(fēng)產(chǎn)品的高度分布(單位：hPa)

可見(jiàn)云導(dǎo)風(fēng)數(shù)據(jù)云跡風(fēng)垂直分布比較復(fù)雜,且大多不在標(biāo)準(zhǔn)的層次上,并且高層的導(dǎo)風(fēng)資料較多主要集中在500hPa以上,其中紅外通道70%,水汽通道95%,而對(duì)于中、低層資料較少,且水汽通道遠(yuǎn)少于紅外通道。

為了避免或減小相鄰數(shù)據(jù)間的相關(guān)性,在進(jìn)行資料的同化之前需要將分布密集的數(shù)據(jù)稀疏化處理。處理方法：把處于標(biāo)準(zhǔn)氣壓層(包括：200hPa,500hPa,700hPa,850hPa)±50hPa范圍的所有數(shù)據(jù)的均值作為該標(biāo)準(zhǔn)氣壓層上的數(shù)據(jù)值。稀疏化處理之后的數(shù)據(jù)分布如圖1所示。

3 試驗(yàn)的設(shè)計(jì)和方法

3.1 臺(tái)風(fēng)個(gè)例的介紹

1013號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)鲇魚(yú)是近20年來(lái),巔峰時(shí)刻中心氣壓低于890hPa的唯一一個(gè)臺(tái)風(fēng),“鲇魚(yú)”最顯著的特征就是中心附近的風(fēng)力很大,在10月17日晚上21點(diǎn)左右,美軍的探測(cè)飛機(jī)穿越臺(tái)風(fēng)鲇魚(yú)的中心進(jìn)行探測(cè)。落海儀器測(cè)得890hPa的海平面氣壓,和85m/s的一分鐘平均風(fēng)速。18日凌晨開(kāi)始,鲇魚(yú)進(jìn)入巔峰狀態(tài),并在18日中午12：25左右,在菲律賓呂宋島伊麗莎白省登陸,這是4年來(lái)全世界范圍內(nèi)登陸的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。10月23日12時(shí)55分在福建省漳浦縣沿海登陸,登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力有13級(jí)(38m/s),中心最低氣壓為970hPa,成為2010年西太平洋和南海海域生成的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。

3.2 模式的介紹

所用模式為WRFV3.2,微物理過(guò)程采用WSM3方案,對(duì)流參數(shù)化方案選擇修改過(guò)的Kain-Fritsch方案(能夠較好的同時(shí)描述深對(duì)流和淺對(duì)流過(guò)程),試驗(yàn)中初始場(chǎng)和側(cè)邊界條件選用NCEP 1°×1°預(yù)報(bào)資料,每6h更新一次側(cè)邊界條件,模式水平分辨率30km,垂直方向分28層,積分步長(zhǎng)為180秒,資料3小時(shí)輸出一次,云導(dǎo)風(fēng)資料的同化在每天的00時(shí)和12時(shí),同化時(shí)間窗口取±3小時(shí)。

3.3 試驗(yàn)的目的和方案

首先,通過(guò)對(duì)導(dǎo)風(fēng)數(shù)據(jù)的同化前和同化后的比較,包括對(duì)兩種不同通道數(shù)據(jù)同化之后效果的比較,不同同化方案的結(jié)果對(duì)比,以及對(duì)比分析資料稀疏化處理的效果,探討FY-2D云導(dǎo)風(fēng)產(chǎn)品對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑和物理量場(chǎng)的改善作用。

圖1 稀疏化處理后數(shù)據(jù)分布

其次,以往在WRF模式的應(yīng)用中,模式的向前積分往往只限于48小時(shí)以?xún)?nèi),以避免模式中誤差的累積增大,然而如果在進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)積分的同時(shí)結(jié)合循環(huán)同化,效果會(huì)更好還是更差呢,將通過(guò)延長(zhǎng)積分時(shí)間(延長(zhǎng)為120小時(shí))來(lái)對(duì)此進(jìn)行試驗(yàn)和探討。

研究設(shè)定了兩個(gè)同化方案,4組試驗(yàn)對(duì)比：

同化方案一：初始時(shí)刻進(jìn)行模式的冷啟動(dòng),之后采用每12小時(shí)一次的同化循環(huán),總共積分120小時(shí)。

同化方案二：在方案一基礎(chǔ)上,每積分24小時(shí)進(jìn)行一次冷啟動(dòng)。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表2所示：

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

4 試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比和分析

4.1 臺(tái)風(fēng)路徑的模擬對(duì)比

由于云導(dǎo)風(fēng)資料多分布于200-300hPa左右的對(duì)流層中上部,低層資料比較稀少,為了更好的比較同化之后的模擬效果,因此所做研究均取模擬后的200hPa高度為研究對(duì)象,取200hPa的結(jié)果畫(huà)路徑圖,為了區(qū)分圖中不同的試驗(yàn)結(jié)果,每隔6小時(shí)以不同符號(hào)進(jìn)行標(biāo)記,如圖2所示。

圖2 路徑圖：其中實(shí)況(實(shí)心圓),控制試驗(yàn)(空心圓),IR1同化(空心方),IR3同化(實(shí)心方)

圖2(a)中包含實(shí)況,控制試驗(yàn),對(duì)比試驗(yàn)1和對(duì)比試驗(yàn)2;圖2(b)中包含實(shí)況,控制試驗(yàn)和對(duì)比試驗(yàn)3;圖2(c)中包含實(shí)況,控制試驗(yàn)和對(duì)比試驗(yàn)4。分別對(duì)圖2的(a),(b),(c)進(jìn)行分析可以分別得出3組結(jié)論。

從圖2(a)中可以看出：(1)沒(méi)有進(jìn)行任何同化的控制試驗(yàn)所模擬的臺(tái)風(fēng)路徑與實(shí)況路徑相比,在前50小時(shí)二者基本吻合,隨著模擬時(shí)間的延長(zhǎng),控制試驗(yàn)臺(tái)風(fēng)中心漸漸向東偏離,并且移速增大,登陸較早。(2)根據(jù)鯰魚(yú)臺(tái)風(fēng)的實(shí)況觀測(cè),臺(tái)風(fēng)在19日12點(diǎn)到14點(diǎn)開(kāi)始北折(即圖中路徑上第7個(gè)點(diǎn)),此時(shí)對(duì)比試驗(yàn)1和對(duì)比試驗(yàn)2的結(jié)果與實(shí)況的偏差開(kāi)始增大,均明顯偏東,比控制試驗(yàn)出現(xiàn)明顯偏差的時(shí)間偏早。尤其是對(duì)比試驗(yàn)2,負(fù)效果遠(yuǎn)大于另外兩組實(shí)驗(yàn),然而同化了IR1-AMV的對(duì)比試驗(yàn)1在22日00時(shí)(即第16個(gè)點(diǎn))以后,臺(tái)風(fēng)的路徑相比控制試驗(yàn)更加貼近于實(shí)況,移速也比其他兩組實(shí)驗(yàn)更接近實(shí)況,可見(jiàn)同化在此時(shí)產(chǎn)生了較明顯的正效果。(3)以模擬48小時(shí)為界(即圖中路徑上第9個(gè)點(diǎn)),在此時(shí)刻之前3條試驗(yàn)?zāi)M路徑近乎重合,與實(shí)況路徑之間的偏離也較小,同化的效果并不能明顯表現(xiàn)出來(lái),而此時(shí)刻之后,同化效果開(kāi)始凸現(xiàn),有正效果的(如IR1-AMV)會(huì)使路徑出現(xiàn)回正,減小與實(shí)況的偏差,有負(fù)效果的(如IR3-AMV)則會(huì)加劇偏差的增大。因此綜上所述：不論是控制試驗(yàn)還是兩組對(duì)比試驗(yàn),模擬的臺(tái)風(fēng)路徑都存在偏東的誤差;其中加入了同化過(guò)程的兩組對(duì)比試驗(yàn)出現(xiàn)明顯東偏的時(shí)間要早于控制試驗(yàn);從臺(tái)風(fēng)的路徑和移速來(lái)看,同化IR1-AMV的效果要優(yōu)于同化IR3-AMV的結(jié)果;并且同化效果的凸顯出現(xiàn)在48小時(shí)之后。

圖2(b)采用同化方案二,每24小時(shí)一次的冷啟動(dòng)將由圖2(a)得出的同化后臺(tái)風(fēng)路徑普遍偏東的現(xiàn)象控制在了一定的范圍內(nèi),使得同化結(jié)果與實(shí)況路徑的偏差明顯減小,甚至二者都優(yōu)于控制試驗(yàn),幾乎與實(shí)況完全擬合,唯一不足之處是每次模式冷啟動(dòng)時(shí)都會(huì)出現(xiàn)離群點(diǎn)(即偏離其他點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn))?？梢?jiàn)是否進(jìn)行冷啟動(dòng)對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑的預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率有很大影響,且每次冷啟動(dòng)后的積分時(shí)間均較短,因此不能如圖2(a)般很好的反映兩種云導(dǎo)風(fēng)數(shù)據(jù)的優(yōu)劣。

對(duì)于沒(méi)有經(jīng)過(guò)稀疏處理的導(dǎo)風(fēng)數(shù)據(jù)同化結(jié)果如圖2(c)所示,從圖中可以看出兩次同化的路徑與控制試驗(yàn)的路徑相差無(wú)幾,不同于圖2(a)有明顯的正負(fù)同化效果,從整體上看,圖3同化后的兩條路徑只是在控制試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上有較小的變化,且路徑迂回蜿蜒,不符合臺(tái)風(fēng)的實(shí)際移動(dòng)特征,如圖中出現(xiàn)的：北移的臺(tái)風(fēng)突然向南折返。出現(xiàn)這種情況,分析其原因主要在于原始資料無(wú)規(guī)律的分散在垂直方向的各個(gè)高度上(經(jīng)統(tǒng)計(jì)：原始云導(dǎo)風(fēng)數(shù)據(jù)中IR1通道處于200hPa的觀測(cè)有386個(gè),IR3通道中有562個(gè),而如圖1所示：稀疏后的IR1通道中處于200hPa的觀測(cè)有84760個(gè),IR3通道中有75126個(gè)),因此稀疏前能用于同化的200hPa的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于稀疏后的,使得該區(qū)域在該氣壓層只有幾個(gè)格點(diǎn)周?chē)杏^測(cè)值可以同化,使得同化效果不明顯并且影響了整體的平衡性,而造成了路徑回折的現(xiàn)象。

4.2 物理量場(chǎng)的增量分析

由于云導(dǎo)風(fēng)是衛(wèi)星反演的大氣運(yùn)動(dòng)矢量,體現(xiàn)的是高空氣流的流動(dòng),因此從同化對(duì)位勢(shì)高度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的改善作用進(jìn)行比較分析。由于增量圖的相減作用,去除模式自身的系統(tǒng)偏差和長(zhǎng)時(shí)間積分過(guò)程中模式誤差的積累,可以更好地比較兩種不同通道的導(dǎo)風(fēng)數(shù)據(jù)的優(yōu)劣。

圖3 對(duì)比試驗(yàn)1,19日00時(shí)200hPa位勢(shì)高度增量圖(實(shí)線為正,虛線為負(fù),單位：gpm)

圖4 對(duì)比試驗(yàn)2,19日00時(shí)200hPa位勢(shì)高度增量圖(實(shí)線為正,虛線為負(fù),單位：gpm)

圖5 對(duì)比試驗(yàn)1,20日00時(shí)200hPa位勢(shì)高度增量圖(實(shí)線為正,虛線為負(fù),單位：gpm)

圖6 對(duì)比試驗(yàn)2,20日00時(shí)200hPa位勢(shì)高度增量圖(實(shí)線為正,虛線為負(fù),單位：gpm)

圖7 對(duì)比試驗(yàn)1,21日00時(shí)200hPa位勢(shì)高度增量圖(實(shí)線為正,虛線為負(fù),單位：gpm)

圖8 對(duì)比試驗(yàn)2,21日00時(shí)200hPa位勢(shì)高度增量圖(實(shí)線為正,虛線為負(fù),單位：gpm)

圖2-8為對(duì)比試驗(yàn)1和對(duì)比試驗(yàn)2的位勢(shì)高度增量圖(同化后減去同化前,各自取3個(gè)時(shí)次)。由圖可知,不論是同化哪個(gè)通道的云導(dǎo)風(fēng)資料,在臺(tái)風(fēng)以外的區(qū)域位勢(shì)高度的變化均在±10gpm左右,并且隨著積分時(shí)間的增長(zhǎng),其變化幅度遠(yuǎn)小于臺(tái)風(fēng)區(qū)域;且都有兩個(gè)強(qiáng)度中心,其中正值中心代表的是同化前的臺(tái)風(fēng)中心,負(fù)值中心代表同化后的臺(tái)風(fēng)中心,且負(fù)值中心均位于正值中心東面,符合同化后臺(tái)風(fēng)中心偏東的結(jié)論。以22日00時(shí)(即積分48小時(shí))為界,對(duì)比圖3、7和圖4、8,可知：在此時(shí)刻之前,兩組試驗(yàn)的正負(fù)中心位置均為西正東負(fù),中心強(qiáng)度為±40gpm;在此時(shí)刻之后的對(duì)比試驗(yàn)1中,正負(fù)中心位置由西東對(duì)稱(chēng)變成了北南對(duì)稱(chēng),中心強(qiáng)度的增幅為30-40gpm,對(duì)比試驗(yàn)2中的正負(fù)中心位置保持西正東負(fù)不變,正負(fù)中心強(qiáng)度卻增加到了±150gpm,增幅達(dá)100gpm以上。因此可以得出,當(dāng)模式連續(xù)積分48小時(shí)后,雖然兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都存在誤差的累積增長(zhǎng),但不論是臺(tái)風(fēng)路徑還是中心強(qiáng)度,同化紅外通道導(dǎo)風(fēng)數(shù)據(jù)的效果都要好于同化水汽通道的數(shù)據(jù)。

在對(duì)臺(tái)風(fēng)的研究中,臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)主要取決于周?chē)h(huán)境中引導(dǎo)氣流的影響,而高空氣流的旋度和散度也是評(píng)測(cè)臺(tái)風(fēng)的重要因素,因此風(fēng)場(chǎng)的變化對(duì)臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)有著較大的意義。雖然導(dǎo)風(fēng)數(shù)據(jù)的高度確定存在誤差,但是對(duì)于觀測(cè)稀少的洋面,云導(dǎo)風(fēng)可以近似看做高空的實(shí)況風(fēng)場(chǎng),因此從風(fēng)場(chǎng)的增量圖中可以清楚的看出同化之后云導(dǎo)風(fēng)對(duì)控制試驗(yàn)中風(fēng)向和風(fēng)速的改變值。

圖9和圖10所使用的云導(dǎo)風(fēng)均為紅外通道,不同之處在于：前者取自對(duì)比試驗(yàn)1的熱啟動(dòng)同化,后者取自對(duì)比試驗(yàn)3的冷啟動(dòng)同化。如圖9,10所示,20日之前,兩組試驗(yàn)在臺(tái)風(fēng)以北區(qū)域都有較強(qiáng)的東風(fēng)分量的增量;20日以后,在臺(tái)風(fēng)以西區(qū)域出現(xiàn)較強(qiáng)的南風(fēng)氣流增量,北部東風(fēng)增量減弱。

圖9 對(duì)比試驗(yàn)1的200hPa風(fēng)場(chǎng)增量圖(單位：m/s)

圖10 對(duì)比試驗(yàn)3(IR1-AMV)的200hPa風(fēng)場(chǎng)增量圖(單位：m/s)

此外對(duì)比兩組試驗(yàn)臺(tái)風(fēng)區(qū)域的旋度及高空散度可知：熱啟動(dòng)同化在高空會(huì)出現(xiàn)比冷啟動(dòng)同化更強(qiáng)的氣流輻散增量;冷啟動(dòng)同化則會(huì)反映出較熱啟動(dòng)同化更加明顯的反氣旋氣流增量?？梢缘贸觯翰徽撌悄姆N同化方法,對(duì)環(huán)境風(fēng)場(chǎng)中的引導(dǎo)氣流都有明顯的增強(qiáng)作用;并且都可以反映出臺(tái)風(fēng)在移動(dòng)過(guò)程中在不斷減弱,但熱啟動(dòng)同化表現(xiàn)在氣流散度的改變,冷啟動(dòng)同化表現(xiàn)在旋度的改變。

5 結(jié)論

打破了以往在區(qū)域模式中進(jìn)行同化云導(dǎo)風(fēng)和模擬臺(tái)風(fēng)時(shí),以控制模式連續(xù)積分的時(shí)間(通常為48小時(shí)以?xún)?nèi))來(lái)減小誤差累積的慣常做法,將積分時(shí)間延長(zhǎng)至120小時(shí),并且結(jié)合了兩種同化方案：熱循環(huán)同化和冷啟動(dòng)同化與熱啟動(dòng)同化交替進(jìn)行。以此驗(yàn)證了對(duì)云導(dǎo)風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行稀疏處理的必要性,兩種同化方案和兩種通道的導(dǎo)風(fēng)資料的優(yōu)劣。

對(duì)云導(dǎo)風(fēng)資料進(jìn)行垂直方向上的稀疏化,可以有效地增加其在水平面上的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù),確保大部分格點(diǎn)有觀測(cè)可同化,避免同化之后分析場(chǎng)出現(xiàn)明顯的不平衡性(對(duì)比試驗(yàn)4)。雖然連續(xù)積分120小時(shí)使得臺(tái)風(fēng)的模擬路徑較實(shí)況路徑的偏差持續(xù)增大(控制試驗(yàn)),然而同化了紅外通道云導(dǎo)風(fēng)的模擬路徑卻在積分48小時(shí)之后,出現(xiàn)了明顯的正效果(對(duì)比試驗(yàn)1),水汽通道的則為明顯的負(fù)效果(對(duì)比試驗(yàn)2)。而將積分時(shí)間限制在48小時(shí)之內(nèi),雖然能保證臺(tái)風(fēng)模擬路徑最接近于實(shí)況,卻無(wú)法分辨兩個(gè)通道導(dǎo)風(fēng)的質(zhì)量好壞(對(duì)比試驗(yàn)3)。通過(guò)對(duì)位勢(shì)高度增量的分析,不論是對(duì)臺(tái)風(fēng)的路徑還是中心強(qiáng)度的模擬,紅外通道的導(dǎo)風(fēng)資料都要優(yōu)于水汽通道。從風(fēng)場(chǎng)的增量圖中,對(duì)比了熱啟動(dòng)同化和冷啟動(dòng)同化,發(fā)現(xiàn)兩種方法都可以較好的反映出臺(tái)風(fēng)在移動(dòng)過(guò)程中的不斷衰減,但熱啟動(dòng)同化表現(xiàn)在氣流散度的改變,冷啟動(dòng)同化表現(xiàn)在旋度的改變。

[1]Purdom J F W,Vonder Haar T H,Stewart J K,Leary N E.Diagnosing the severe thunderstorm environment by mesoscale cloud tracking-A new approach and new information[A].IN：Conference on Satellite/Remote Sensing and Applications[C].Clearwater Beach.FL.Preprints.Boston.MA.American Meteorological Society.1984：100-105.

[2]John F.Le Marshall,Lance M.Leslie,Connie Spinoso.The Generation and Assimilation of Cloud-Drift Winds in Numerical Weather Prediction[J].Meteor.Soc.Japan,1997,75(1)：383-393.

[3]R C Bhatia,P N Khanna,K Prasad.Use of meteosat-5 derived winds for analysis of two tropical cyclones affecting gujarat coast on 20 may,1999 and orissa coast on 29 october,1999[A].IN：5th International Winds Workshop[C].Eur.Organ,2000：135-142.

[4]Brian J.Soden,Christopher S.Velden,Robert E.The Impact of Satellite Winds on Experimental GFDL Hurricane Model Forecasts[J].Mon Wea Rev,2001,129(4)：835-852.

[5]張守峰,王詩(shī)文.在臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中使用衛(wèi)星云導(dǎo)風(fēng)資料的試驗(yàn)[J].氣象.1999(8)：22-25.

[6]張守峰,王詩(shī)文.應(yīng)用衛(wèi)星云導(dǎo)風(fēng)進(jìn)行臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)試驗(yàn)[J].熱帶氣象學(xué)報(bào).1999,15(4)：347-355.

[7]王棟梁,梁旭東,端義宏.云跡風(fēng)在熱帶氣旋路徑數(shù)值預(yù)報(bào)中的應(yīng)用研究[J].氣象學(xué)報(bào),2005,63(3)：351-358.

[8]莊照榮,薛紀(jì)善.云跡風(fēng)資料的三維變分同化及對(duì)臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)的影響試驗(yàn)[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),2004,20(3)：225-236.

[9]何斌,翟國(guó)慶,高坤.云跡風(fēng)資料同化對(duì)東亞海域風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模擬的影響[J];海洋學(xué)報(bào),2007,29(6)：23-32.

[10]李華宏,王曼,薛紀(jì)善.FY-2C云跡風(fēng)資料在中尺度數(shù)值模式中的應(yīng)用研究[J].氣象學(xué)報(bào).2008,66(1)：50-58.

[11]黃彥彬,雷恒池,王振會(huì).衛(wèi)星云跡風(fēng)資料對(duì)中尺度數(shù)值模式初始風(fēng)場(chǎng)改進(jìn)試驗(yàn)[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào),2003,26(5)：668-676.

[12]馮文,萬(wàn)齊林,陳子通.逐時(shí)云跡風(fēng)資料同化對(duì)暴雨預(yù)報(bào)的模擬試驗(yàn)[J].氣象學(xué)報(bào),2008,66(4)：500-512.

[13]周兵,徐海明,吳國(guó)雄.云跡風(fēng)資料同化對(duì)暴雨預(yù)報(bào)影響的數(shù)值模擬[J].氣象學(xué)報(bào),2002,60(3)：309-317.

[14]何志新,沈桐立,丁治英.云跡風(fēng)資料在臺(tái)風(fēng)數(shù)值模擬中的應(yīng)用[D].南京,南京信息工程大學(xué),2009.

[15]許健民.風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星業(yè)務(wù)產(chǎn)品與衛(wèi)星數(shù)據(jù)格式實(shí)用手冊(cè)[M].北京：氣象出版社,2008：17-23.