物理滤波初始化四维变分在临近预报中的应用

姜文静 梁旭东

(中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室， 北京 100081)

引 言

降水短时临近预报指0～12 h的预报，其中0～2 h预报为临近预报。20世纪60—80年代基于雷达外推的临近预报技术得到长足发展[1-4]。其中基于TREC(tracking radar echo by correlation，相关方法跟踪回波运动)技术[5-8]的追踪方法得到广泛应用，并发展出FRONTIER(forecasting rain optimized using new techniques of interactively enhanced radar and satellite，基于雷达和卫星交互增强新技术优化的雨量预报)[9],TITAN(thunderstorm identification, tracking, analysis and nowcasting，雷暴识别、跟踪、分析和临近预报)[10]等多种业务化系统。基于雷达回波的雷暴预报时效往往不超过3 h，其中主要原因是外推方法无法解决雷暴演变问题[11]。后来发展出将雷达回波外推与数值预报结合的方法[12]，Woflson等[13]指出，通常情况下，随着预报时效的延长，在外推预报性能降低的同时，数值预报的性能逐渐提高。但数值预报在临近预报的预报性能较低，如何提高数值预报的临近预报性能成为值得研究的问题，通过资料同化改进模式初始场是解决该问题的途径之一[14-15]。因此提高数值模式在0～3 h的预报水平是应用难点，也是本文的研究重点。俞小鼎等[16]在对国内外雷暴和强对流临近天气预报技术进行全面回顾后指出，临近预报系统应建立在风暴尺度数值预报模式集合预报基础上，采用适当的初值产生方法、模式不确定性处理方法以及合适的资料同化技术。随着高分辨率数值模式的发展和计算机计算水平的提高，越来越多的学者将数值模式应用到临近预报中，其中包括利用雷达资料和其他高分辨率的观测资料进行资料同化[17-18]，得到更精确的初始场，提高临近预报水平。……