[发明专利]用于强对流天气预报的同化总闪转换代理湿度的方法

说明书

技术领域

本发明属于通信领域，具体的是涉及一种用于强对流天气预报的同化总闪转换代理湿度的方法。

背景技术

闪电是一种常见的大气放电现象。云内离子和水成物粒子是电荷的主要载体。非感应起电为对流云中最为主要的起电机制。在对流云中过冷却的环境下，冰霰粒子不断地碰撞伴随着气相扩散和过冷水滴堆积，小冰晶不断地得以增长。电荷在碰撞粒子之间交换，然后通过沉降和垂直运动在云尺度上进行分离电荷。随着电荷的不断积累，闪电得以发生。因而，闪电是强对流的产物。闪电和动力学和微物理过程之间的密切关系意味着闪电资料可以用于对中尺度对流系统发生和发展监测。闪电定位网资料为一种较新的气象观测资料，其应用与研究为当前热点研究议题之一。现有中尺度对流系统的监测主要依赖于多普勒雷达。但雷达自身有一些缺点，如受地形影响大、时空分辨率较低、探测范围局限于陆地等等。闪电定位网资料与雷达资料不同，其不受地形的影响，且时空分辨率均高于多普勒雷达资料。随着闪电定位网资料应用研究的不断深入，闪电资料同化技术成为目前研究的热点。闪电资料同化的难点在于闪电频数、电场分布或电荷密度等均不是当前数值模式中的模式变量或诊断量。因而，闪电资料同化的思路就是试图寻找一个合适的观测算子将闪电定位数据与模式变量或者诊断变量联系起来，或者建立一个物理协调性强的闪电资料代理变量，最后可运用多种方法进行同化。

研究者们尝试了多种方法同化闪电资料。Alexander et al.[1999]首先提出了闪电资料同化的益处。他们将闪电观测资料与一种经典图像处理技术结合起来以在常规数据稀疏区域得到连续时间序列的降水率。结果表明闪电资料同其他数据相比，对预报的改善更为明显。Chang et al.[2001]也认证了连续时间段的闪电代理降水率可以改进后续预报。一些研究者将闪电资料转换为对流降水率然后用来调整潜热廓线。Papadopoulos et al.[2005]用地闪资料nudge模式中的湿度廓线并将其换变为经验廓线。结果显示同化闪电资料后对对流降水的预报改进可长达12小时。

在目前众多对闪电资料同化的探究中，单纯将闪电资料作为控制触发积云参数化方案的开关，对强对流系统的调整极为有限，当本身对流物理背景场模拟较差时，效果不显著；运用GSI中关系将闪电转换为代理回波再进行同化，由于各种方法自身的缺陷，对强对流系统的改进维持时效并不是很好，且临近降水会存在一定程度的高估或低估；Fierro等人的nudging方法对于闪电观测区域的对流初始化很有效，但是nudging方法在同化时调整的物理量较少，对于抑制虚假对流和调整对流的能力有限。目前很多业务运行的模式中，采用三维变分方法对雷达和常规资料进行同化，如若能用相同的方法实现对闪电资料的同化，则闪电资料同化在实时业务系统中的应用会较为容易。三维变分方法在基于模式模拟区域本身背景误差协方差基础上，可更好地协调调整影响半径中的相关物理量，使得分析场动力更加协调，从而提高同化后对强对流系统的改进时效。因而，本发明中，基于总闪和水汽混合比的统计关系，采用三维变分方法对总闪进行同化并应用于个例研究。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明旨在提供一种用于强对流天气预报的同化总闪转换代理湿度的方法，可以实现对总闪资料快速有效的同化，增强同化后分析场的动力协调性，改善强对流天气系统的短临预报。

本发明的技术方案如下：本发明提供了一种用于强对流天气预报的同化总闪转换代理湿度的方法，包括以下步骤：用于强对流天气预报的同化总闪转换代理湿度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：处理总闪资料数据，并对其进行质量控制；

步骤S2：获取经质量控制后的总闪资料数据；

步骤S3：将总闪资料数据转换为相对湿度，并以探空数据的格式给出；

步骤S4：将相对湿度同化入WRFDA的三维变分系统，实现对总闪资料数据的同化。

进一步地，所述步骤S2中处理总闪资料数据并对其进行质量控制的步骤为：

步骤S11：设定需要转换的总闪资料数据的模拟参数；

步骤S12：对总闪资料进行归闪处理；

进一步地，所述步骤S2中的获取总闪资料数据的步骤为：

步骤S21：选择对流系统开始发生的时刻进行同化时间的设定；

步骤S22：提取总闪资料数据。

进一步地，所述步骤S3中将总闪资料数据转换为水汽混合比的步骤为：