基于GRAPES-MESO模式的非静力三维变分同化方案性能分析

利用国家气象中心中尺度业务模式GRAPES-MESO V3.0,以2009年6 8月为例,用T213模式12h预报场为大尺度模式背景场,进行了非静力GRAPES-3DVAR系统同化(3DVAR试验)与不同化(CNTL试验)探空资料的两组数值试验,并对降水、高度、温度、风场和相对湿度场进行了统计检验和典型个例分析,探讨了非静力三维变分同化系统的性能.结果表明:(1)除700 hPa相对湿度场外,3DVAR试验850,700和500 hPa初始温、压、湿和风场均方根误差均比CNTL试验有所增加,其中3DVAR试验对500 hPa初始温、压和风场的负贡献最为显著.随着预报时间延长,3DVAR试验对500 hPa风场预报的负贡献较为明显；(2)对整个模式积分区域平均状况而言,3DVAR试验对模式0～24 h和12～36 h降水预报中大多数降水量级的TS评分都小于CNTL试验；(3)CNTL试验对小雨、中雨的预报范围比较适中,对大雨、暴雨及大暴雨的预报范围均小于实况,且随着降水量级的增大,预报范围较实况偏小的程度加剧；3DVAR试验则对各量级降水范围预报偏小的程度均大于CNTL试验,特别是中雨以上强度的降水；(4)CNTL试验较3DVAR试验能更好地模拟雨带的分布、演变特征和降水强度的变化；(5)CNTL试验较好地再现了长江中下游、华南、华北、东北、西南地区东部和华东平均降水率的逐日演变及峰值、谷值模拟,但强度普遍偏弱；3DVAR试验模拟的各区域日平均降水率的演变趋势与CNTL试验类似,但强度弱于CNTL试验,因而其与实况的差异进一步加大；(6)两个试验与观测均有较好的一致性,CNTL试验的一致性略好于3DVAR试验；对＜1.5 mm·d-1的降水,两个试验都倾向于过多地预报了降水量；对＞1.5 mm·d-1的降水,两个试验预报的都偏弱；对1.5 mm·d-1以下的降水,两个试验的预报水平相当；对1.5 mm·d-1以上的降水,CNTL试验的预报优于3DVAR试验；(7)对2009年6-8月逐日降水预报结果进行了考察,整体而言,CNTL试验能较好地预报出逐日雨带的位置,强度也与实况基本接近,对西风带低槽、台风、低涡、切变线和局地降水都有较好的表现.3DVAR试验对逐日雨带的预报大致与CNTL试验类似,但预报的降水强度普遍弱于CNTL试验.

Evaluation on Nonhydrostatic Three-Dimensional Variational Data Assimilation Scheme of GRAPES-MESO Model