[发明专利]一种基于雷达外推和模式预报的同化融合方法

说明书

本发明公开了一种基于雷达外推和模式预报的同化融合方法，采用三维变分同化的方法，将雷达外推与数值预报进行融合，构建恰当的短临同化融合降水预测方法，解决了客观估计同化融合前外推估测与模式预报的误差分布特征的研制问题，具有便捷、客观地分配模式预报与雷达外推融合权重、以达到两者优势互补的优点，为合理分配两种预报方法的融合权重提供了一种新的解决方案。

技术领域

本发明属于气象技术领域，具体涉及一种基于雷达外推和模式预报的同化融合方法。

背景技术

我国地处东亚季风区，覆盖高中低纬度、地势起伏多变、自然条件复杂，这使得我国气象灾害的种类较多、发生频次高、分布地域广、持续时间长,遭受气象灾害影响严重；而其中强降水引发的气象灾害因其突发性强，社会危害大，因此对其进行准确的预报预警，对防灾减灾意义重大。

目前，0—6小时临近降水预报方法主要有外推预报、数值预报以及概念模型预报等方法。其中，中尺度数值模式预报受到模式Spin-up限制，前2小时难以输出理想的预报结果，但在2—6小时内准确率较高；而基于雷达观测和回波识别、追踪、外推的临近预报技术在0—2小时内的准确率要明显优于高分辨率的数值预报模式，却难以提供2小时以上的高质量预报。因而，本项目组拟用三维变分的方法将雷达外推临近预报和数值预报进行融合，结合两者优点、弥补相互间的不足，为对流尺度天气系统特别是对流强降水0—6小时的有效预报提供合理方案。

临近预报是一种预防紧急局地强风暴等灾害性天气的预报服务项目，其目的是尽可能地满足各类经济部门的特殊气象服务要求和为各种社会公众活动提供高质量的气象保障服务；而0—6h短时临近降水预报，主要方法包括运用实时雷达资料进行的外推预报、数值预报以及概念模型预报等；而当前主流的预报方法通常采取基于雷达观测数据的外推预报进行2h以内的降水预报，选取基于数值天气模式的降水预测进行数小时至几天后的预报。

然而，虽然有多种可供选择的预报方法，关于如何提高0—6h短临降水预报准确率，仍是一项复杂的世界性难题，需要长期研究。

在雷达外推预报领域，交叉相关法是雷达外推对降雨进行临近预报较常用的方法，其主要思想是：利用雷达回波等资料在相邻时间上的空间最优相关，得到对流系统在不同方位的移动矢量特征，以此对雷达回波的方位及强度进行预测回波未来位置及强度，再运用Z-R关系估算出未来时刻降水量；该算法最早始于Rinehart et al的开创性工作，之后，随着雷达资料分辨率等技术的提高, 众多学者在TＲEC算法的基础上做了进一步改进和发展；综合分析表明，TREC及其拓展方法虽然只需两个时间的雷达回波资料，且运行时间快，是一种简便的预报降水系统未来时刻位置的方法，但无法预测系统演变趋势，预报准确性随预报时效快速下降，预报时效一般不超过2h。

与之相对的，对于数值天气预报模式，其能够很好地模拟降水场随时间演变的过程，在未来数小时甚至数天的预报中，表现出雷达外推无法企及的优势。

然而，因为初始水物质场等输入因子难以反映真实的大气状态，加之其它一些技术难题，使得数值模式在起报的前2ｈ难以达到理想的预报效果。

因此，根据基于雷达观测的外推预报技术与基于数值模式的降水预报技术各有所长的特点，通过融合技术将两者的预报结果进行优势互补、形成0—6h定量降水的预报方案，是解决短时临近降水预报准确率的可行方案。

在2011年世界气象组织世界天气研究计划临近预报工作组(WMO-WWRP WGNR)会议上，各国专家讨论并强调，雷达外推技术与数值预报技术的融合是延长临近预报时效至2h以上的根本技术途径，应作为重要的技术发展方向予以推动。

目前，对于将雷达外推预报和数值模式预报两者相融合的技术，主要分三类：加权平均法、趋势调整法、AMOR方法。