EnKF同化雷达观测对台风Vicente(2012)的预报改善及可预报性研究

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本文是为了探索利用以WRF(Weather Research and Forecast)模式为基础的集合卡尔曼滤波(EnKF,Ensemble Kalman Filter)连续同化高分辨率多普勒雷达数据效果,同时利用预报结果检验台风Vicente (2012)的演变和三维(3-D)结构以及其可预报性和动力学特征。台风Vicente是西太平洋的一个强热带气旋,大约于2012年7月23日20时在中国广东省珠三角区域附近登陆,最强登陆时刻的10米风速达到40ms-1并伴随带来了巨大的内陆洪涝,总共约造成15人死亡,对中国内陆的直接经济损失超过10.76亿元。通过短期集合预报得到随流场变化着的涡旋和动力结构的背景误差协方差,研究发现这种WRF-EnKF同化预报系统能够有效的同化高时空分辨率3-D雷达径向速度,很好的改善了初始场中对Vicente的内核结构描述,从而提高了路径和强度以及伴随着的登陆强降水预报。在登陆前和登陆时刻同化不同数量的雷达观测数据得到通过EnKF扰动得到的不同时间的分析场以及EnKF分析场做的确定性和集合预报进一步用来检验Vicente的动力学和可预报性特征。本文最后,利用集合预报和敏感性分析实验更加进一步验证在Vicente登陆过程中和登陆后控制着路径、强度和降水的预报和可预报性的动力学特征,充分证明了累积降水和路径、强度以及强度和路径等之间存在着很大的联系。本论文是第一次利用WRF-EnKF同化预报系统对华南台风Vicente在登陆前及登陆后直接同化中国沿海岸地基多普勒雷达径向速度观测,并且也是首次在接近TC最强时刻进行对流尺度的同化分析和预报。研究结果能非常好的证明了利用EnKF同化地基多普勒雷达径向风观测对近海岸较强台风进行初始化和预报具有很重要的价值和潜力。同时,该文章研究也为利用以集合为基础的资料同化手段同化沿海岸雷达数据具有很大的潜力价值提供了一个很好的例子,从而很有可能为业务台风预报提供很大的帮助。此外,本文的研究工作也证明了甚至在热带气旋接近最强时刻EnKF仍然具有很有效的吸取雷达观测能力,这部分很好的补充了当前的雷达同化工作都集中于在TC处在初始形成发展阶段,而在最强时刻或者说是接近最强时刻的同化雷达观测实验同样还是第一次。
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