高分辨模式是數(shù)值天氣預(yù)報發(fā)展趨勢。然而,缺少對高分辨模式預(yù)報偏差及其原因的認識,嚴重阻礙了高分辨模式改進。本論文將研究如何利用高分辨觀測揭示南京大學2016年夏季汛期試驗4km WRF模式的主要預(yù)報偏差。在預(yù)報偏差認識的基礎(chǔ)上,提出了一種基于鄰域和不同尺度評估相結(jié)合的客觀評分方案,指出在原有的客觀評分中4km WRF模式對于小尺度降水評分偏低的原因主要是沒有考慮強度和位置偏差的影響。進一步分析了華南沿海午后降水預(yù)報位置偏差的可能原因,指出海陸風預(yù)報偏差是導(dǎo)致局地風向預(yù)報偏差以及降水預(yù)報偏差的主要原因。論文主要研究內(nèi)容如下:首先,利用高時空分辨率的5km逐小時格點融合降水產(chǎn)品,評估了南京大學2016年夏季汛期試驗4km WRF與12km WRF模式在江淮和華南區(qū)域的降水預(yù)報能力。評估表明,12km WRF和4km WRF模式都能較好地模擬降水空間分布及日變化、傳播特征,相比之下,4km WRF模式預(yù)報的降水精細結(jié)構(gòu)更接近觀測,午后峰值也和觀測更為接近。12km WRF模式會低估降水強度,尤其是午后峰值,主要原因是12km WRF模式依賴于積云參數(shù)化方案分辨午后大部分對流性降水,而其采用的Grell 3D積云對流參數(shù)化方案不能很好地預(yù)報午后對流。4km WRF模式改善了強度預(yù)報,但在華南沿岸一帶,午后降水預(yù)報的強度偏強,位置偏向海岸線�？陀^評估結(jié)果和主觀評估結(jié)果一致,4km WRF模式的ETS評分要優(yōu)于12km WRF模式,尤其對于強降水預(yù)報(累積6小時降水強度超過25mm的降水)優(yōu)勢更為明顯。進一步利用尺度分離客觀評分方法評估了4 km WRF和12 km WRF模式的降水預(yù)報能力,發(fā)現(xiàn)4km WRF模式在小尺度預(yù)報的客觀評分反而低于12 km WRF模式,這主要是因為4km WRF模式預(yù)報的小尺度降水存在位置和強度的偏差,從而造成模式會因為一次漏報及一次空報而被雙重懲罰,也就是所謂的“double penalty”現(xiàn)象導(dǎo)致評分偏低。為此,本論文提出了一種基于鄰域檢驗和尺度分離相結(jié)合的客觀評分方法,該方法在尺度分離基礎(chǔ)上,考慮到預(yù)報的位置偏差,借鑒鄰域評估思想,計算了基于鄰域的不同尺度FSS評分。在此基礎(chǔ)上,考慮到預(yù)報的強度偏差,引入了分位數(shù)閾值,進一步改進了客觀評估結(jié)果。利用改進后的客觀評分方法,評估了2016年梅雨季降水預(yù)報,結(jié)果表明,4km WRF預(yù)報的小尺度降水(空間尺度小于1OOkm)客觀評分都要高于12 km WRF預(yù)報,和主觀評估結(jié)果較為一致。最后,分析了華南午后降水預(yù)報位置偏差的可能原因。利用廣東省內(nèi)4個探空站點,評估了1000 hPa、925 hPa和850 hPa模式預(yù)報的風速風向。預(yù)報起始時刻,觀測和模式背景場風速風向偏差較小。分析了 18小時(14 LST)、24小時(20 LST)預(yù)報,14 LST,模式預(yù)報的風向較于觀測風向明顯偏向海岸線,此時降水預(yù)報與觀測的偏差大。20 LST,模式的預(yù)報風向與探空風向偏差變小,降水預(yù)報與觀測較為一致。表明風向預(yù)報偏差和降水預(yù)報位置偏差可能相關(guān)。進一步分析表明,對于山地上午后對流,4km WRF模式能較好的預(yù)報,主要偏差在于海陸風環(huán)流相關(guān)的降水過程。由于模式對海陸熱力差異模擬偏差,導(dǎo)致海陸風預(yù)報模擬偏差,這是造成局地風向預(yù)報偏差以及降水預(yù)報偏差的主要原因。
【學位單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：P457.6
【部分圖文】：

ｋ邋＝邋Ｖｍ２邋＋邋ｎ２邐（６）逡逑２０１６年夏季的觀測和預(yù)報的降水場的平均功率譜分析結(jié)果如下圖２．１所示。逡逑越高的譜冪率代表著更平滑的、更加有組織的系統(tǒng)｜８８，８９１。從圖上可以看到，波長逡逑大于７０ｋｍ時，觀測降水譜的譜冪率和預(yù)報降水基本一致。在接近網(wǎng)格格距時，逡逑受到網(wǎng)格分辨率的影響，降水譜的譜冪率隨著波長增大在迅速減小。預(yù)報降水譜逡逑的譜冪率大約在波長為４－６倍波長處出現(xiàn)減小的現(xiàn)象，格點融合數(shù)據(jù)的降水譜的逡逑譜冪率大約在波長為２５ｋｍ（？５Ａｘ）處，這一點和過去的研宄結(jié)果也比較一致１９°１。逡逑預(yù)報降水譜的譜冪率的減小，可能是由于模式的粗分辨率的問題，而觀測降水譜逡逑的譜冪率的減小，是由于數(shù)據(jù)客觀分析中的平滑過程造成的Ｐ１。因此，格點融合逡逑降水的實際分辨率在１２ｋｍ。逡逑１0４邋１邋１邐｜邋＇邋＇邋＇邋＇￣￣１邋１邋１邐｜邋＇邋＇邋＇邋１邋￣１邋￣１邋１邋１邐｜邋ＱＢ３逡逑．、邐邐ＷＲＦ１２逡逑、、、邐—ＷＲｆ邋ＮＪＶ逡逑、、、、ｋ－、３邐邐—逡逑

為評估區(qū)域１邋（江淮區(qū)域），數(shù)字２為評估Ｅ域２邋（華南區(qū)域）。逡逑網(wǎng)格的轉(zhuǎn)換使用ｎｅｉｇｈｂｏｒ邋ｂｕｄｇｅｔ邋ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ插值方法１ＳＴ｜，是－種降水面積逡逑守恒的插值方法。通過下圖２．３來具體說明。原始的網(wǎng)格是用黑色的實線來表示逡逑的，轉(zhuǎn)換后得到的新網(wǎng)格線為黑色短虛線。首先，將新網(wǎng)格分成５ｘ５的次網(wǎng)格并逡逑且賦上離它們最近的原始格點的值。也就是說，圖中打灰色陰影線的次網(wǎng)格格點逡逑賦上原始格點２的值，而其它的次網(wǎng)格賦上原始格點５的值。轉(zhuǎn)換后新網(wǎng)格格點逡逑上的值就是這５ｘ５次網(wǎng)格格點值的平均。至此，完成一個新網(wǎng)格格點的轉(zhuǎn)換。逡逑１４逡逑

逡逑圖２．２所示的區(qū)域。逡逑0。－邋Ｈｒ逡逑＿＿Ｉ邐Ｉ邐、、一１、１邋￣邐１邋￣＇邐Ｉ逡逑７５°Ｅ邐９０°邋Ｅ邐１０５°Ｅ邐１２０°Ｅ邐１３５°Ｅ逡逑圖２．２所使用的模式預(yù)報和評估的范圍示意圖。最外圍的黑色框為ｌ２ｋｍＷＲＦ模式的預(yù)報逡逑范圍，內(nèi)圈紅色框為４ｋｍ邋ＷＲＦ模式的預(yù)報范圍，中間的灰色區(qū)域為評估區(qū)域，其中數(shù)字１逡逑為評估區(qū)域１邋（江淮區(qū)域），數(shù)字２為評估Ｅ域２邋（華南區(qū)域）。逡逑網(wǎng)格的轉(zhuǎn)換使用ｎｅｉｇｈｂｏｒ邋ｂｕｄｇｅｔ邋ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ插值方法１ＳＴ｜，是－種降水面積逡逑守恒的插值方法。通過下圖２．３來具體說明。原始的網(wǎng)格是用黑色的實線來表示逡逑的，轉(zhuǎn)換后得到的新網(wǎng)格線為黑色短虛線。首先，將新網(wǎng)格分成５ｘ５的次網(wǎng)格并逡逑且賦上離它們最近的原始格點的值。也就是說，圖中打灰色陰影線的次網(wǎng)格格點逡逑賦上原始格點２的值，而其它的次網(wǎng)格賦上原始格點５的值。轉(zhuǎn)換后新網(wǎng)格格點逡逑上的值就是這５ｘ５次網(wǎng)格格點值的平均。至此，完成一個新網(wǎng)格格點的轉(zhuǎn)換。逡逑１４逡逑

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