[发明专利]一种用于数值大气模式的典型降雨事件选取方法

说明书

技术领域

本发明涉及数值降雨预报技术领域，具体涉及一种用于数值大气模式的典型降雨事件选取方法

背景技术

降雨的模拟与预报不仅为人们的生活提供便利，而且有助于人们采取措施减小或避免因降雨引发的自然灾害可能造成的损失。自从数值大气模式出现以来，定量降雨模拟与预报成为现实，不断发展的计算机技术，更为数值大气模式的更新与改进提供了强有力的技术支撑。但由于降雨的形成过程与发生受大尺度大气环流、洋流、海陆位置、地形、下垫面及人类活动等多方面的影响，因此降雨的时空分布存在诸多不确定性，其预报难度也较其他气象要素大。

对于某一数值大气模式来讲，如WRF模式，在其对降雨进行模拟或预报前，需要对该模式的初始场、物理参数化方案、分辨率等进行设置，而对于不同地区的时空分布与累计降雨量都不同的降雨场次，不同的设置方案获得的模拟或预测结果有一定差别，有些设置方案的模拟与预报结果更加接近实测值，而其他方案的模拟与预报结果较差。但目前对于某种数值大气模式，并未形成一套典型降雨事件选取的方法，来判断其设置方案是否适合该研究区某种类型降雨的模拟与预报。一定程度，数值大气模式的设置具有很大的盲目性。

发明内容

本发明设计了一种用于数值大气模式的典型降雨事件选取方法，综合考量了降雨的时间不均匀性、空间不均匀性和次降雨量，其解决的技术问题是如何选取典型降雨事件来探究某一数值大气模式对研究区的降雨模拟与预报方案，从而为该模式对某种类型降雨的模拟与预报提供最佳的设置方案。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种用于数值大气模式的典型降雨事件选取方法，包括以下几个步骤：

步骤1、数值大气模式的选取与驱动数据的选取；

步骤2、基于次降雨量的典型降雨事件分类；

步骤3、基于次降雨时空不均匀性的典型降雨事件选取；

步骤4、数值大气模式的物理参数化方案以及网格嵌套方案的设置与模拟。

目前常用驱动数据来源有两种，一种是美国国家环境预报中心(NCEP)的产品，包括FNL和GFS数据；另一种是欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的产品，包括ERA40和ECMWF forcast数据。其中FNL和ERA40用于历史降雨事件的模拟，而GFS和ECMWF forcast用于未来降雨事件的预报。驱动数据为数值大气模式提供模式模拟与预报的初始条件，不同的数据对最终模拟或预报结果有一定影响。因此步骤1中驱动数据的选取较为重要。

不同数值大气模式有不同的物理参数化方案。以目前最先进的WRF模式为例，其包含的主要物理过程有微物理过程、积云对流参数化过程、陆面过程、边界层等。其中，微物理过程主要是指云粒子的形成、增长以及形成降水的微观物理过程，伴随着水的相变及其能量的变化过程；积云对流过程伴随着云团生成、发展、旺盛以及由于温度不同时形成的对流，与降水过程的联系非常密切；陆面过程直接影响地表水热通量，并影响低层大气环流和水汽辐合量的模拟；边界层的布局影响低层大气要素，而且通过垂直输送也可对高层大气产生影响。每一种物理过程又含有多种物理参数化方案，这些参数化方案都是对具体物理过程的数学描述，具体见下表：

不同物理参数化方案的组合对模拟结果会产生较大影响，直接影响降雨模拟和预报的准确性，因此步骤4中设置物理参数化方案对于是数值大气模式非常关键。

网格嵌套方案是指数值大气模式的降尺度方案，由于NCEP或者ECMWF的产品是使用全球模式的运行获得的，空间分辨率较低，一般为0.5°×0.5°或1°×1°，不能直接用于中小尺度数值大气模拟与预报。而实际的数值天气模拟与预报中，最里层的网格尺寸应小于10km×10km，可使数值大气模式的模拟与预报更加精细，能较准确的描述局部天气情况。数值大气模式常用三层嵌套网格进行降尺度，即最外层网格最粗，中间层网格次之，最里层的网格最细，如三层网格的尺寸分别为45km、15km、5km或者10km、3km、1km等的嵌套方案。不同的网格嵌套方案对数值大气模式的模拟与预报结果影响较大。因此步骤4中设置网格嵌套方案对于数值大气模式也非常关键。

进一步，步骤2次降雨量共划分为以下6个等级：