第九届青年地学论坛

      利用先进的同化方法改进数值预报中的水物质初始场对提高数值预报准确率有着非常重要的作用。本文基于POD-3DEnVar方法，通过增加水物质变量作为控制变量，构建了具备同化云和降水区卫星资料能力的POD-3DEnVar全天候同化系统。三个重要构建过程包括：在同化系统控制变量中增加雨水混合比、云水混合比、云冰混合比和雪水混合比等四种水物质变量；扩展CRTM辐射传输模式的接口，使其包含水物质廓线作为输入场，同时开启CRTM散射模块，使其具备模拟云和降水区卫星亮温能力；利用包含多种微物理方案和积云参数化方案的多物理过程模式预报作为集合样本，估计包含四种水物质变量的流依赖的背景误差协方差。
      为了评估该系统的同化能力，以2013年10月23号台风“菲特”和24号台风“丹娜丝”形成的双台风为个例，设计了同化NOAA-18 MHS辐射率资料的单点试验和观测系统模拟试验OSSEs。单点试验表明，系统构造的动力、热力变量与水物质变量的背景误差协方差均具有明显的流依赖性，与双台风环流形势具有明显的相关性。当同化一个位于台风核东北侧云和降水区的较背景场高的单点观测亮温后，分析增量总体有利于台风对流活动的进一步增强，进而增加台风强度。这说明构建基于POD-3DEnVar方法的全天候卫星资料同化系统能够同化位于台风核云和降水区的卫星亮温，对初始场中动力、热力和水物质变量产生合理的改进。OSSEs试验结果表明，所有控制变量的同化分析场与“真实场”的均方根误差均小于不同化的控制试验。进一步的预报试验表明，同化对不同控制变量的改进在预报过程中均能得到维持，但是对水物质变量的改进维持时间较其他控制变量短。针对台风路径和强度的预报试验表明，全天候同化能够有效改进台风路径和强度的预报，特别是对于预报的24h至48h之间的预报改进明显。

POD-3DEnVar，云雨区卫星资料，水物质变量，观测系统模拟试验