[發(fā)明專(zhuān)利]一種通過(guò)同化閃電資料改進(jìn)強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110089247.5
• 申請(qǐng)日: 2021-01-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112558188B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 甘茹蕙;楊毅;郭樹(shù)昌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 蘭州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01W1/10
• 分類(lèi)號(hào): G01W1/10;G06F30/20
• 代理公司: 蘭州中科華西專(zhuān)利代理有限公司 62002
• 代理人: 曹向東

本發(fā)明涉及一種通過(guò)同化閃電資料改進(jìn)強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)的方法，該方法包括以下步驟：⑴建立閃電頻數(shù)和最大垂直速度之間的觀測(cè)算子；⑵提取同化時(shí)刻前20分鐘的閃電資料，將閃電資料轉(zhuǎn)化為1 km的網(wǎng)格上的最大垂直速度，然后將該1 km的最大垂直速度分配到數(shù)值模式網(wǎng)格上；⑶根據(jù)GGF方法，利用背景場(chǎng)計(jì)算得到各個(gè)變量的垂直局地化函數(shù)；⑷利用集合均方根濾波方法，結(jié)合垂直局地化函數(shù)同化代理最大垂直速度，循環(huán)同化四次后得到分析場(chǎng)；⑸利用分析場(chǎng)繼續(xù)預(yù)報(bào)得到預(yù)報(bào)場(chǎng)；⑹進(jìn)行預(yù)報(bào)檢驗(yàn)。本發(fā)明通過(guò)同化總閃資料有效地改進(jìn)了背景場(chǎng)中的動(dòng)力場(chǎng)，并且對(duì)濕度場(chǎng)、溫度場(chǎng)也有一定的改進(jìn)，方法合理有效，且顯著改進(jìn)了數(shù)值模式的降水及回波的預(yù)報(bào)效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣象數(shù)據(jù)處理方法，尤其涉及一種通過(guò)同化閃電資料改進(jìn)強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)的方法。

背景技術(shù)

盡管天氣預(yù)報(bào)不斷改進(jìn)，但由于這些事件涉及的尺度和物理過(guò)程的多樣性，實(shí)現(xiàn)對(duì)流活動(dòng)預(yù)警的準(zhǔn)確性仍然是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。強(qiáng)對(duì)流天氣通常伴有頻繁的閃電活動(dòng)，閃電可用于監(jiān)測(cè)中尺度對(duì)流活動(dòng)的發(fā)生和發(fā)展，閃電資料同化也是一種非常有用的方法，可以提高初始條件的準(zhǔn)確性，從而改善天氣預(yù)報(bào)。

Browning（1989）提出調(diào)整中尺度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式初始場(chǎng)的一種可能方法是改進(jìn)水汽分析，目前許多閃電資料同化研究都是通過(guò)改善初始條件下的水汽場(chǎng)進(jìn)而改進(jìn)預(yù)報(bào)。Alexander等（1999）基于降雨率和閃電之間的關(guān)系實(shí)現(xiàn)了閃電資料的同化。Fierro等（2012）提出可以通過(guò)改變混合區(qū)（0°C和-20°C）的水汽混合比例來(lái)同化對(duì)流分辨尺度下的閃電資料。自此之后，基于Fierro的方法開(kāi)展了很多閃電資料同化的工作，結(jié)果表明：無(wú)論是采用不同的同化方法同化代理水汽混合比，或者是基于不同的模式同化代理水汽混合比都可以改善預(yù)報(bào)。

此外，Qie等（2014）建立了總閃電率與冰相粒子（霰、冰、雪）混合比之間的經(jīng)驗(yàn)公式，用以調(diào)整混合區(qū)冰相粒子的混合比例。Chen 等（2018）利用Fierro和Qie的方法，利用閃電資料同時(shí)調(diào)整了混合區(qū)低層水汽量和霰質(zhì)量，并且考慮了模型網(wǎng)格內(nèi)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，維持模型平衡。此外，Allen等（2016）和Kong等（2020）也利用閃電和霰質(zhì)量、霰體積之間的觀測(cè)算子同化了閃電資料。

調(diào)整數(shù)值模式初始場(chǎng)中的垂直速度分布是改善強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)的另一種可行的方法。目前的研究多集中在水汽和水物質(zhì)的同化上，考慮同化風(fēng)場(chǎng)特別是垂直速度的研究較少。已有研究表明，上升氣流強(qiáng)度與觀測(cè)到的閃電頻數(shù)有定性的相關(guān)性(Deierling和Petersen, 2008)。根據(jù)閃電觀測(cè)結(jié)果，Williams和Earl（1985）表明，陸地對(duì)流過(guò)程中的總閃頻率與對(duì)流云高度有大約五次方關(guān)系。Price和Rind（1992）指出，根據(jù)許多對(duì)流事件，對(duì)流云中的最大上升速度與云高相關(guān)，他們分別建立了大陸云和海洋云中最大垂直速度和總閃頻率的經(jīng)驗(yàn)公式。Wang等（2020b）根據(jù)Price和Rind的公式，采用Nudging方法同化閃電數(shù)據(jù)，調(diào)整動(dòng)態(tài)場(chǎng)。此外，很少有研究旨在基于閃電和上升氣流的關(guān)系來(lái)優(yōu)化動(dòng)態(tài)場(chǎng)。