WRF-Var中的多普勒雷达同化与中尺度预报改进

多普勒雷达资料在中尺度模式中的应用研究，由杨毅、邱崇践和龚建东合作完成，发表于《paper.edu.cn》。该论文主要探讨了如何在WRF-Var（1.3版本，2003）的框架下实现雷达径向风的直接同化，以及如何利用雷达回波强度数据调整云物理量、位温和空气湿度等参数。作者特别关注的是2003年7月4日至5日淮河流域的暴雨过程，通过同化试验验证了这种方法的有效性。 首先，研究者利用多普勒雷达的高时空分辨率优势，试图改善中尺度模式的初始场，提升临近预报和短期天气预测的准确性。传统的应用方式包括通过VAD技术将风廓线形式的径向风同化进模式，如Lindskog等人采用三维变分同化（3D-VAR）方法，结果显示同化雷达资料能够提高降水预报的精度。另一种方法则是通过反演单多普勒雷达数据得到的风场进行同化，如Weygandt等人在处理特定超级单体案例时取得了积极成果。 文章的核心部分介绍了在WRF-Var中实施的创新技术，即直接同化雷达径向风，同时结合雷达回波强度观测对云物理过程（如降水过程中的云滴大小、浓度等）进行实时调整。这种方法使得模式中的风场包含了更多中尺度信息，而且调整后的物理量在空间分布和数值上与实际雷达回波数据高度匹配。同化雷达资料对降水预报产生了显著的正面影响，这种改善效应可以持续约2小时。 试验结果显示，通过雷达资料的同化，不仅风场质量得到了提升，而且对于降水预报的准确性和精细化程度都有了明显增强。例如，邱崇践等人使用3.5维变分分析和Gal-Chen的热力场反演技术，结合多普勒雷达数据，成功提高了ARPS模式对美国俄克拉荷马州强雷暴系统的预报能力。 本研究为中尺度模式的初始场改进提供了新的策略，展示了多普勒雷达资料在中尺度天气预报中的巨大潜力，特别是在捕捉和模拟极端天气事件时。然而，尽管技术进步使得雷达资料同化的可能性增大，但其在实际业务中的广泛应用仍面临一些挑战，如数据处理的复杂性、实时性和误差校正等问题，这些都将需要进一步的研究和探索。