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使用系集資料同化系統結合反演熱動力場探討鋒面個案之概念與可行性驗證

本研究為博士班學生柯緁盈,在鍾高陞老師指導下,探討系集同化系統同化雷達資料,同時加入反演三維空間高解析熱動力場對於極端強降雨事件的降雨預報可行性研究。文章於2022年12月發表在Monthly Weather Review。(DOI: https://doi.org/10.1175/MWR-D-22-0128.1

在多重尺度下的鋒面系統與台灣複雜地形交互作用時,鋒面系統的熱動力場結構會隨著降雨系統移動有明顯的時空演變。本研究使用WRF-LETKF 雷達同化系統,探討多尺度天氣系統中,同化雷達觀測資料加入同化三維溫度和水氣資訊,進行可行性的影響評估。首先,設計理想實驗中同化兩小時的雷達資料顯示出比一小時更好的結構和短期降雨預測。其次,從同化完美無偏差的熱力變數分析結果顯示,可以修正雨帶位置,縮短同化週期,得到較佳的預報分析場,並顯著改善定量降水預報。最後,進行反演熱力變數同化可行性研究。同時加入同化反演溫度場和水氣場時,實驗結果取得了最佳的分析,並能顯示降雨預報效益至少維持六小時。綜上所述,同化複雜降水系統中的三維熱力變數,此效益能縮短同化時間,提升最終分析場結構和短期降雨預報。


圖1. 分數校驗:(a) RSCC為相對於ZVr實驗的SCC分數改進百分比; (b)、(c) 為不同門檻降雨預報為FSS分數 (b)一小時; (c) 三小時。

圖2. 實驗累積三小時降雨預報:(a) Truth; (b) ZVr; (c) ZVr2h; (d) ZVrTR; (e) ZVrQvR; (f) ZVrTQvR。