雷达估测降雨水平分辨率对径流模拟的影响——以西苕溪流域为例

天气雷达估测降雨是径流模拟和洪水预报的重要信息之一。由于雷达网格降雨存在误差,且误差随着网格水平尺度的增大而减小,因此对于径流模拟,高分辨率的雷达降雨数据并不意味着径流模拟的精度更高。采用FSS(Fractions Skill Score)方法和HEC-HMS模型(Hydrologic Engineering Center's Hydrologic Modeling System)分析江苏省西苕溪流域雷达估测降雨水平分辨率对径流模拟的影响。在2010年和2011年夏季两场降雨实例中,雷达估测降雨在不同降雨阈值情况下,FSS达到目标精度值对应的最小有效水平尺度为2~8 km,分别以2、4、6、8 km水平分辨率的雷达估测降雨和雨量站测雨作为HEC-HMS模型输入进行径流模拟,结果表明:基于不同水平分辨率的雷达估测降雨的径流模拟结果与实测径流资料基本吻合,雷达估测降雨2、4、6、8 km水平分辨率的变化对径流模拟效果的影响不明显。      

基于物理约束扰动的EnSRF雷达资料同化

在完善WRF集合均方根滤波同化系统的双向嵌套预报方案、雷达资料质量控制方案和多微物理过程积分方案的基础上,引入了一种扰动势函数、流函数的尺度较小、物理意义更明显的集合初始扰动新方案.通过台风“桑美”登陆过程中的多普勒雷达资料直接同化试验,对比新扰动方案与目前应用较多的背景误差协方差随机扰动和全场随机扰动方案,对集合滤波同化效果的影响.试验结果表明,3种初始扰动方案都有效改善了台风内部结构,但新方案由于尺度更小、结构更为合理,其同化效果也更为显著,提高了对台风路径、中心最低气压、最大风速及降水的预报质量.     

沿海缺水灌区地表水地下水联合调配管理信息系统

根据沿海地区实际情况,集成以往的研究成果及相关数据,建立沿海缺水灌区地表水地下水联合调配管理信息系统.该系统具有友好的界面,是地理信息系统、数据库技术以及水资源系统模拟优化等多技术综合集成的动态管理系统.模型具有一定的通用性,可为沿海缺水灌区地表水地下水规划管理服务,也可为各级水管部门准确及时提供水资源信息.     

CHILL、NEXRAD雷达测瞬时暴雨数据的质量评估

雷达可以获取较高时空分辨率的瞬时降水信息,这对河流流量、洪水预报等至关重要.但由于雷达测雨本身的复杂性,使得测雨结果仍存在误差.本文针对美国丹佛机场附近范围内2008年8月9日的一场降雨,对CHILL及NEXRAD雷达获取的降雨数据,利用METv3.0软件,采用l km×1 km网格及UW-MEAN插值方法,对测雨数据质量进行评估.结果表明:利用METv3.0软件可以进行雷达测雨数据质量评估,能得到测雨可靠的统计分析结果,CHILL雷达的RZK反演模式中研究区的测雨效果最好,降雨强度高估或低估的趋势减弱.所给出的结果对雷达测雨效果的进一步研究及METv3.0在雷达测雨数据分析中的应用研究有重要参考价值.     

Wind Speed and Altitude Dependent AMDAR Observational Error and Its Impacts on Data Assimilation and Forecasting

Aircraft Meteorological Data Relay (AMDAR) observations have been widely used in numerical weather prediction (NWP) because of its high spatiotemporal resolution. The observational error of AMDAR is influenced by aircraft flight altitude and atmospheric condition. In this study, the wind speed and altitude dependent observational error of AMDAR is estimated. The statistical results show that the temperature and the observational error in wind speeds slightly decrease as altitude increases, and the observational error in wind speed increases as wind speed increases. Pseudo single AMDAR observation assimilation tests demonstrate that the wind speed and altitude dependent observational error can provide more reasonable analysis increment. Furthermore, to assess the performance of wind speed and altitude dependent observational error on data assimilation and forecasting, two-month 3-hourly cycling data assimilation and forecast experiments based on the Weather Research and Forecasting Model (WRF) and its Data Assimilation system (WRFDA) are performed for the period during 1 September-31 October, 2017. The results of the two-month 3-hourly cycling experiments indicate that new observational error improves analysis and forecast of wind field and geo-potential height, and has slight improvements on temperature. The Fractions Skill Score (FSS) of the 6-h accumulated precipitation shows that new wind speed and altitude dependent observational error leads to better precipitation forecast skill than the default observational error in the WRFDA does.     

风暴尺度集合卡尔曼滤波中的采样误差订正局地化方法研究

在中尺度WRF-EnSRF系统中最新引入的采样误差订正局地化方法不仅考虑了回归系数偏差,而且计算量较小。该方法基于状态变量和对应观测值的相关系数的分布关系,根据离线蒙特卡洛技术制作的关于集合数和样本相关系数的查找表格确定局地化系数因子,进而订正由集合数选取有限造成的背景误差协方差被低估引起的采样误差。本文利用风暴过程的雷达观测资料做了一系列风暴尺度的资料同化理想试验,探讨了采样误差订正局地化方法在风暴尺度集合卡尔曼滤波同化中的技术特点和同化效果。结果表明:相比于经验局地化方法,采样误差订正局地化方法能够有效地改善集合同化的效果,对距离的敏感度更低,尤其在天气系统发展变化较快的阶段,新方法优势更大。并且,对不同观测变量以及在风暴发展的不同阶段使用不同的局地化方法,所得的结果都存在一定的差异,因此需要根据同化对象合理地选择局地化方法。     

GPS ZTD资料同化对台风“利奇马”模拟的影响研究

2019年超级台风“利奇马”对我国东部地区造成了巨大灾害,针对台风“利奇马”,研究GPS ZTD资料同化对于台风“利奇马”登陆后降水预报的影响。在进行GPS ZTD资料同化试验前,采取了稳定性检查、极值检查、双权重检查、偏差订正检查等质量控制方法以改善资料的同化应用水平。模拟试验结果表明在同化探空、风廓线等常规资料基础上,增加质控GPS ZTD有效改善了初始场的水汽条件,使得低层水汽辐合更强,从而改进了台风外围雨带的预报。并且通过循环同化能够改善初始环流场,进而改进了台风路径的预报使得台风主体降水的位置得到改善。     

MPAS-A模式中不同积云对流参数化方案对西北太平洋台风模拟效果的影响

利用MPAS-A模式,针对模式中的New-Tiedtke,Grell-Freitas和Kain-Fritsch 3种积云对流参数化方案,选取2016—2017年期间的10个西北太平洋台风个例,研究了不同积云对流参数化方案对西北太平洋台风路径与强度模拟效果的影响,并讨论了其影响的物理机制。试验结果表明:3种积云对流参数化方案对MPAS-A台风模拟效果存在一定差异,New-Tiedtke方案模拟的路径和强度总体效果与观测最接近。影响机制分析表明,不同积云对流参数化方案使得模拟西太副高的位置不同,即引导西北太平洋台风的环境气流不同是造成路径差异的原因;而不同积云对流参数化方案模拟的台风中心对流不稳定高度不同,即潜热输送和释放不同,是造成台风强度不同的原因。     

基于WRF-Hydro模式的清江流域洪水模拟研究

基于WRF-Hydro模式构建了洪水预报模型,开展了清江流域的洪水模拟研究.利用2015～2017年9场典型洪水过程进行了流域内模式的参数率定,并基于2017～2018年4场典型洪水过程分析探讨了模型对清江流域洪水的模拟效果.结果表明:在率定及验证期的13场典型洪水过程的逐小时模拟中,纳什效率系数介于0.50～0.94...     

太湖流域雷达雨量数据水平尺度的选取

由于雷达局部雨量位置存在误差,使得高分辨的雷达雨量数据在实际应用(如水文模拟)中效果不一定更好。因此,在空间邻域内而不是网格尺度上,分析雷达雨量数据与雨量站雨量数据的接近程度,选取合适的水平尺度可降低雷达雨量及其位置误差对水文模拟的影响,在改善雷达雨量数据的应用效果方面具有重要意义。采用FSS(Fraction Score Skill)方法,以太湖流域2007—2010年5个时次的雷达雨量数据为研究对象,以FSS技能得分作为评估指标,研究雷达雨量数据水平尺度的选取。结果表明,在水平尺度为5~70 km范围内,雷达雨量数据与雨量站数据较接近,雷达估测降雨量的技能得分FSS值可达到目标精度FSSuniform,这对雷达估测降雨应用于流域洪水预报等方面有重要意义。