BDA方案及其对伊布都0307台风预报的影响.pdf

DA方案及其对伊布都(0307)台风预报的影响丁伟钰万齐林(广州热带海洋气象研究所510080) 针对人造台风模型中只有切向风构造模型,没有径向风构造模型的特点,设计了切向风的观测算子,可以将台风Bogus中构造的切向风分量同化到初始场中,改善台风初始时刻的涡度结构,而不影响背景场的径向风分量,并结合同化台风Bogus 模型中的高度场、水汽场结构,设计了台风Bogus模型的切向风、高度场和水汽场的BDA(Bogus DataAssimilation)方案。对伊布都(0307)台风的数值试验表明, 采用文中的BDA方案,台风路径预报、强度预报和登陆时降水分布的预报效果优于控制试验和直接采用Bogus的试验。 1 台风Bogus模型本文采用的人造台风模型广州热带海洋气象研究所台风业务模式中的台风 Bogus模型,该方案参照日本MNG(1989)的思路,根据南海与西太平洋台风的结构特点发展的方案。利用观测到的台风中心位置、台风强度、台风八级风半径以及台风的初始移动这四个条件来构造一个满足静力平衡、梯度风平衡、准热力平衡,并与环境场及模式对流参数化方案一致的非对称模型台风 2 BDA同化方案目前,GRAPES三维变分同化系统中由于温度场和高度场,相对湿度和比湿之间存在相关关系,只能选取其一,本文的选取高度场和相对湿度场。定义代价函数: J(X)=J6+.,。涮+,日+‘,腰(1) 其中,X=@,1,,H,T,RH)r为模式初始始刻的分析场,以,.,删,.,圩,.,R日分别是代价函数中背景场、风场、高度场和水汽场项,具体表达式如公式(2)~(5) 所示。厶=去(x—X6)TB。1(x—X6) (2) J。砌=-专(wind-wbz‰。)r味(wind-wbz‰。) (3) 67 J日=寺(日一厶乙昭。)2 OHl。(H一日咖淞) (4) ‰=丢(R日一‰,)1 O盎(RH一眠郴) (5) X。为模式的背景场,本文采用NCEP全球模式AVN的初始场作为背景场。B, q删,%,Ck分别是背景场误差协方差和风场、高度场、相对湿度场的观测误差协方差。Wind表示U,y风场,日和RH分别表示高度场和相对湿度场,带有下标bogus的是通过台风Bogus模型构造的物理量。针对台风伊布都(0307)用以上方法构造了台风bogus模型,环境参数是根据NCEP全球模式AVN获取,,由Bogus模型中的构造可以看出,台风的切向风分布有构造模型,径向风却没有相应的构造模型,地面切向风计算摩擦偏向从而得到低层径向风分量,高层的径向风分量是利用对称补偿原理得到的,径向风的构造没有考虑到大尺度环流的风场结构,而背景场中更多的却包含了这方面信息。在以往的研究工作中,通常将Bogus构造的全风速分布作为观测资料直接进入同化系统,这样一来在径向方向风速构造的缺陷也带入到了同化系统。如果不考虑径向风,只把切向风作为观测资料直接进入同化系统,会给同化系统增加径向风速为零的约束,这也是不符合事实的。由于径向风可以通过其他卫星观测资料进行调整,如TBB资料,以及通过同化卫星反演的降水率资料,可以调整水汽的辐合、辐散。因此本文的BDA方案目的是要同化切向风,并且不对径向风作任何约束。考虑到切向风的计算公式: Windt越Ig=aU+bV (6) 其中a,b分别是风速U,V分量在切向方向