往返平飘式探空资料的质量评估与同化研究

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往返平飘式探空是我国自主研发的一种新型的探测技术,它在上升和下降阶段可以获得高垂直分辨率的大气廓线,在平飘阶段可以长距离探测平流层的大气信息。目前,该探空技术已经完成了多次外场试验,并获得了大量有价值的大气探测资料。本文利用全球导航系统掩星资料和ERA-Interim再分析资料对该资料进行了质量评估,并利用CMA_MESO_3km高分辨率模式3DVar同化系统进行了同化试验。我们探讨了该资料的优势和现阶段存在的不足,以及该资料同化对数值模式预报结果的影响。本文的研究对于推动该资料的业务应用具有重要作用,对于仪器的改进和研发具有重要的参考价值。通过比较GNSS掩星资料发现,往返平飘式探空上升(下降)段的温度和掩星资料具有较好的一致性。上升段TRS-TRO的均值范围为-1~1℃,下降段在13km以下时也为-1~1℃,13km以上增加到1~3℃。日间平飘段其与掩星的温度偏差可达10~20℃、平均偏差为7~10℃,夜间为-4~0℃。造成平飘段温度偏差明显偏高的两个可能原因:一是温度感应元件受附着水珠潜热加热的影响,导致温度含有虚假0℃等温层;二是白天时段在上部大气的观测中太阳辐射对仪器和探空仪外壳的强烈影响,下降段较高高度层的温度偏高可能是由于平飘段辐射误差的影响还未消除。本文利用CMA_MESO 3DVar同化系统对该资料进行了同化试验,研究了同化该资料的稀疏化技术。研究发现,选取最接近模式层的观测与特性层观测是有效的稀疏化方法,同化了稀疏化的往返式探空资料,能更好表征中小尺度对流系统的结构特征。同化后的分析场增强了经向、高低层温差,使得大气层结变得更加不稳定,低层风场辐合加强,且与水汽通量辐合区重合,700-850h Pa暴雨区比湿场增湿、小尺度气旋式环流与暖式切变流场加强等有利降水。目前下降段观测的数据量较为有限,其对暖启动时刻形势场的分析和预报影响较小,但12-24h不同量级累积降水ETS评分均有提高,平均提高0.7%,50.0mm以上降水ETS评分提高2.2%。
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