沈菲菲，唐超，許冬梅*，李泓，劉瑞霞

( 1.南京信息工程大學(xué) 氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/氣候與環(huán)境變化國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室/氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210044；2.高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610225；3.中國(guó)氣象局沈陽(yáng)大氣環(huán)境研究所, 遼寧 沈陽(yáng) 110166；4.云南省維西傈僳族自治縣氣象局，云南 維西 674400；5.中國(guó)氣象局上海臺(tái)風(fēng)研究所，上海 200030；6.國(guó)家衛(wèi)星氣象中心，北京 100081)

1 引言

臺(tái)風(fēng)是熱帶洋面上生成并發(fā)展的渦旋系統(tǒng)，我國(guó)東部沿海地區(qū)靠近西太平洋且海岸線較長(zhǎng)，臺(tái)風(fēng)登陸次數(shù)多，影響范圍大，從而使其成為世界上受臺(tái)風(fēng)破壞最為嚴(yán)重的國(guó)家之一[1]。臺(tái)風(fēng)登陸雖然能帶來(lái)豐富的降水，補(bǔ)給水資源，但同樣會(huì)帶來(lái)狂風(fēng)、暴雨、風(fēng)暴潮等自然災(zāi)害，甚至?xí)l(fā)城市內(nèi)澇、房屋坍塌、通信中斷等次生災(zāi)害。為了使沿海地區(qū)居民的生命財(cái)產(chǎn)安全得到保障，降低因臺(tái)風(fēng)破壞造成的經(jīng)濟(jì)損失，提高臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑、強(qiáng)度和登陸位置的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度就變得至關(guān)重要。

近年來(lái)，通過(guò)同化多普勒雷達(dá)資料來(lái)改善對(duì)我國(guó)近海登陸臺(tái)風(fēng)的預(yù)報(bào)已取得很大進(jìn)展。陳鋒等[2]利用 WRF（Weather Research and Forecasting Model）模式及其三維變分同化系統(tǒng)進(jìn)行雷達(dá)資料同化試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)同化雷達(dá)徑向風(fēng)資料可以調(diào)整臺(tái)風(fēng)的初始風(fēng)場(chǎng)，提高臺(tái)風(fēng)路徑、降水的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度，且同化效果的提升可以通過(guò)提高同化頻次來(lái)實(shí)現(xiàn)。李新峰[3]將雷達(dá)徑向風(fēng)資料加入到ARPS（The Advanced Regional PredictionSystem）模式進(jìn)行同化試驗(yàn)，結(jié)果表明，雷達(dá)資料同化可以改進(jìn)臺(tái)風(fēng)內(nèi)核區(qū)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高12 h臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、路徑和降水的預(yù)報(bào)能力，加入雷達(dá)反射率因子資料對(duì)降水預(yù)報(bào)的改進(jìn)更顯著，同時(shí)預(yù)報(bào)誤差會(huì)隨著同化次數(shù)的增加而降低。王明筠[4]研究T-TREC（Typhoon-Tracking Radar Echo by Correlation）反演風(fēng)循環(huán)同化對(duì)臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)效果的影響，結(jié)果表明，由于反演風(fēng)的風(fēng)場(chǎng)信息更為完整，其對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度、路徑的預(yù)報(bào)效果更佳。沈菲菲等[5]通過(guò)同化雙多普勒雷達(dá)資料研究對(duì)颶風(fēng)“艾克”預(yù)報(bào)的改進(jìn)效果，結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)尺度化因子的調(diào)整之后的雷達(dá)徑向風(fēng)同化能夠在颶風(fēng)中心產(chǎn)生較為合理的氣旋性增量，提供更為確切的中小尺度信息，同時(shí)能改進(jìn)對(duì)颶風(fēng)初始場(chǎng)、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和路徑的預(yù)報(bào)。李昕等[6]利用集合?變分混合同化方法聯(lián)合同化雷達(dá)徑向速度觀測(cè)和反演風(fēng)資料，研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合同化能改進(jìn)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度和環(huán)流結(jié)構(gòu)的預(yù)報(bào)，同時(shí)能改進(jìn)確定性預(yù)報(bào)時(shí)效，且隨著同化次數(shù)的增加，臺(tái)風(fēng)的環(huán)流結(jié)構(gòu)能得到持續(xù)改善。馮佳寧等[7]使用集卡爾曼濾波法研究同化雷達(dá)徑向速度資料對(duì)臺(tái)風(fēng)數(shù)值模擬的改進(jìn)效果，結(jié)果表明，雷達(dá)資料同化能降低預(yù)報(bào)誤差，使預(yù)報(bào)的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度和路徑更加接近實(shí)況，同時(shí)發(fā)現(xiàn)同化效果主要受臺(tái)風(fēng)內(nèi)核100 km范圍內(nèi)雷達(dá)資料的影響。沈菲菲等[8]和Shen等[9]對(duì)臺(tái)風(fēng)“桑美”進(jìn)行混合同化試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)En3DVAR（Ensemble three-Dimensional Variational Data Assimilation System）同化能提供“流依賴”的集合協(xié)方差信息，可以較好修正背景場(chǎng)上臺(tái)風(fēng)的位置，同時(shí)對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度預(yù)報(bào)的改進(jìn)效果也要優(yōu)于變分同化試驗(yàn)。戚佩霓等[10]運(yùn)用WRF模式及WRF-3DVAR進(jìn)行試驗(yàn)研究雷達(dá)徑向風(fēng)同化對(duì)臺(tái)風(fēng)分析和預(yù)報(bào)的影響，發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)的初始場(chǎng)以及臺(tái)風(fēng)渦旋結(jié)構(gòu)在同化雷達(dá)資料后能夠得到調(diào)整，進(jìn)而提高了18 h的預(yù)報(bào)效果。以上研究結(jié)果表明，雷達(dá)資料同化對(duì)臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和路徑預(yù)報(bào)具有較大的改進(jìn)作用。

然而目前絕大多數(shù)的中尺度數(shù)值模式運(yùn)行的初始場(chǎng)通常是由常規(guī)報(bào)文資料對(duì)全球模式預(yù)報(bào)場(chǎng)或者分析場(chǎng)進(jìn)行客觀分析所提供。不同數(shù)值模式的預(yù)報(bào)場(chǎng)(分析場(chǎng))之間有差異，為中尺度模式提供的背景場(chǎng)就不同，從而必將影響中尺度模式的預(yù)報(bào)效果。劉青松等[11]分別利用TL511L60模式預(yù)報(bào)場(chǎng)和美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（National Centers for Environmental Prediction,NCEP）預(yù)報(bào)場(chǎng)作為模式背景場(chǎng)資料，分析了不同背景場(chǎng)同化雷達(dá)資料對(duì)北京地區(qū)一次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程預(yù)報(bào)效果的改善情況，研究結(jié)果表明同化前TL511L60模式預(yù)報(bào)場(chǎng)的預(yù)報(bào)質(zhì)量?jī)?yōu)于NCEP預(yù)報(bào)場(chǎng)的預(yù)報(bào)質(zhì)量，使用TL511L60模式預(yù)報(bào)場(chǎng)作為背景場(chǎng)同化雷達(dá)資料后能顯著地改進(jìn)對(duì)降水強(qiáng)度和位置的預(yù)報(bào)效果，且對(duì)預(yù)報(bào)時(shí)效的改進(jìn)時(shí)間更長(zhǎng)，能改進(jìn)12 h內(nèi)的預(yù)報(bào)，而NCEP預(yù)報(bào)場(chǎng)僅能改進(jìn)6 h內(nèi)的預(yù)報(bào)。公穎和李俊[12]比較了T213分析場(chǎng)和AVN（Aviation）分析場(chǎng)作為背景場(chǎng)對(duì)降水預(yù)報(bào)效果的影響，結(jié)果表明，AREM（Advanced Regional Eta Model）模式使用AVN分析場(chǎng)作為背景場(chǎng)對(duì)降水場(chǎng)的預(yù)報(bào)效果和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分均優(yōu)于T213分析場(chǎng)作為背景場(chǎng)的預(yù)報(bào)效果。李得勤等[13]利用NCEP預(yù)報(bào)場(chǎng)和T639預(yù)報(bào)場(chǎng)作為背景場(chǎng)，分析選取不同背景場(chǎng)進(jìn)行雷達(dá)資料同化對(duì)遼寧省一次暴雨預(yù)報(bào)效果的改進(jìn)情況，結(jié)果表明，同化雷達(dá)資料均能改善初始場(chǎng)的濕度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)，0～12 h預(yù)報(bào)結(jié)果表明，兩種預(yù)報(bào)場(chǎng)作為背景場(chǎng)的雷達(dá)資料同化均能報(bào)出同化前漏報(bào)的黑山地區(qū)的降水，NCEP資料對(duì)降水強(qiáng)度和強(qiáng)降水中心的預(yù)報(bào)更接近實(shí)況，優(yōu)于T639的預(yù)報(bào)效果。朱紅芳等[14]使用T213和NCEP FNL（Final Operational Global Analysis）資料作為背景場(chǎng)，通過(guò)對(duì)淮河流域的一次暴雨進(jìn)行模擬，研究了GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System）模式對(duì)不同初始場(chǎng)條件的敏感程度，結(jié)果表明，T213和NCEP FNL資料作為初始場(chǎng)存在差異較大的次天氣尺度的特征，并造成了GRAPES模式后期模擬結(jié)果的差異。以上研究顯示，不同初始場(chǎng)由于資料本身特性會(huì)對(duì)強(qiáng)對(duì)流等降水系統(tǒng)帶來(lái)一定的差別，而在進(jìn)行雷達(dá)資料同化后不同初始場(chǎng)帶來(lái)的差異仍然存在。

過(guò)去的絕大多數(shù)研究都是探究不同背景場(chǎng)條件對(duì)天氣尺度系統(tǒng)的影響，但是針對(duì)不同背景場(chǎng)條件對(duì)中尺度臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)的預(yù)報(bào)效果差異的研究還比較少，因此本文選取2006年8月10日登陸我國(guó)的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“桑美”作為個(gè)例進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)比分析選取美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心的全球預(yù)報(bào)系統(tǒng) （Global Forecasting System,GFS） 再分析資料和日本氣象廳（Japan Meteorological Agency, JMA）區(qū)域客觀再分析資料作為背景場(chǎng)來(lái)同化多普勒天氣雷達(dá)資料，并進(jìn)一步揭示其對(duì)臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)、降水、強(qiáng)度及路徑預(yù)報(bào)效果的影響。探討不同背景場(chǎng)條件下的雷達(dá)資料同化對(duì)臺(tái)風(fēng)的分析和預(yù)報(bào)的改進(jìn)效果。

2 個(gè)例選取、雷達(dá)資料控制及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 臺(tái)風(fēng)“桑美”簡(jiǎn)介

2006年第7個(gè)登陸我國(guó)的臺(tái)風(fēng)“桑美”是近幾十年來(lái)登陸我國(guó)的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，具備強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的大部分特點(diǎn)：強(qiáng)度強(qiáng)且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊密且臺(tái)風(fēng)眼清晰，降水強(qiáng)度大[15–16]。2006 年 8 月 4 日 18:00 UTC（世界時(shí)，下同）西太平洋洋面上有熱帶低壓生成并于5日12:00 UTC發(fā)展為熱帶風(fēng)暴，編號(hào)0608，命名為“桑美”。隨后該熱帶風(fēng)暴不斷發(fā)展加強(qiáng)并沿西北路徑移動(dòng)，于8月7日06:00 UTC發(fā)展成為臺(tái)風(fēng)，之后臺(tái)風(fēng)的中心氣壓持續(xù)下降，由955 hPa下降到915 hPa，實(shí)現(xiàn)了爆發(fā)性發(fā)展，于9日10:00 UTC進(jìn)一步加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)并繼續(xù)向西北方向移動(dòng)。8月10日09:25 UTC超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“桑美”在浙江蒼南馬站鎮(zhèn)登陸，登陸時(shí)中心附近最低氣壓達(dá)到920 hPa，最大風(fēng)力達(dá)到17級(jí)。登陸之后由于受到地形摩擦的作用，“桑美”強(qiáng)度逐漸減弱，10日15:00 UTC減弱為熱帶風(fēng)暴，11日23:00 UTC減弱為熱帶低壓并停止編號(hào)。受“桑美”影響，東南沿海地區(qū)出現(xiàn)了8～10級(jí)大風(fēng)以及集中性強(qiáng)降水，強(qiáng)降水中心主要出現(xiàn)在浙江南部和福建北部?！吧Ｃ馈睒O強(qiáng)的破壞力和毀滅性給浙江和福建兩省帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失以及嚴(yán)重的人員傷亡，其造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)196.58億元，死亡人數(shù)達(dá)483人。

2.2 雷達(dá)資料的質(zhì)量控制

本次同化試驗(yàn)使用浙江省溫州市的多普勒雷達(dá)徑向風(fēng)觀測(cè)資料，該雷達(dá)觀測(cè)可以較好地捕捉到“桑美”整個(gè)登陸過(guò)程，為了確保同化試驗(yàn)使用的雷達(dá)徑向風(fēng)資料的可靠性，需要對(duì)雷達(dá)資料進(jìn)行去除地物雜波、退速度模糊等質(zhì)量控制。本文對(duì)雷達(dá)基數(shù)據(jù)的初步質(zhì)量控制使用ARPS模式中的88D2ARPS模塊進(jìn)行[17–18]，進(jìn)一步使用美國(guó)國(guó)家大氣研究中心的Solo軟件進(jìn)行質(zhì)量控制[19]，對(duì)其每個(gè)仰角的觀測(cè)數(shù)據(jù)都進(jìn)行檢查，以去除不必要的雷達(dá)觀測(cè)資料。圖1a為質(zhì)量控制前0.5°仰角的雷達(dá)徑向速度圖，由圖可見(jiàn)正負(fù)的徑向速度混合在一起，風(fēng)場(chǎng)較為混亂且不連續(xù)，不能把臺(tái)風(fēng)的氣旋性結(jié)構(gòu)特征體現(xiàn)出來(lái)，說(shuō)明存在較強(qiáng)的速度模糊問(wèn)題。通過(guò)質(zhì)量控制得到了圖1b，由圖可見(jiàn)雷達(dá)徑向速度圖的風(fēng)場(chǎng)變得更加連續(xù)，并且形成了氣旋性渦旋的風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)特征，更加接近于實(shí)際情況。

2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本文使用中尺度天氣預(yù)報(bào)模式WRF，該模式由美國(guó)國(guó)家大氣研究中心、美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（The National Center for Atmospheric Research，NCAR）、俄克拉荷馬大學(xué)的風(fēng)暴分析預(yù)報(bào)中心（Center for Analysis and Prediction of Storms，CAPS）等多個(gè)部門聯(lián)合研發(fā)，可應(yīng)用于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和資料同化、物理過(guò)程參數(shù)化等數(shù)值模擬研究。本研究采用WRFV4.0及其三維變分同化系統(tǒng)WRFDA4.0（WRF Data Assimilation）進(jìn)行數(shù)值模擬和多普勒雷達(dá)資料同化，模擬區(qū)域如圖2所示，區(qū)域中心為 27°N，121.6°E，能夠覆蓋臺(tái)風(fēng)“桑美”強(qiáng)度突然增強(qiáng)并向西北方向移動(dòng)至登陸后的路徑。模式的水平方向使用Arekawa-c網(wǎng)格，水平格點(diǎn)數(shù)為501×501，格距為4 km，模式頂層氣壓50 hPa，垂直方向分為43層。模式參數(shù)化方案：微物理過(guò)程采用 WDM6（WRF Double-Moment 6-Class）方案[20]；積云參數(shù)化方案采用 Grell Dévényi方案[21]；長(zhǎng)波和短波輻射方案分別使用RRTM（Rapid Radiative Transfer Model）方案[22]和 Dudhia方案；其他參數(shù)化方案還包括 YSU（Yonsei University）邊界層方案[23]、Noah陸面方案。

為了能夠?qū)Ρ妊芯坎煌尘皥?chǎng)條件對(duì)多普勒雷達(dá)資料同化的影響，本文選取了2種背景場(chǎng)資料。第一種是GFS資料，該資料由美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心和美國(guó)國(guó)家大氣研究中心聯(lián)合制作，其采用了當(dāng)今最先進(jìn)的全球資料同化系統(tǒng)和完善的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)各種來(lái)源（地面、船舶、無(wú)線電探空、測(cè)風(fēng)氣球、飛機(jī)、衛(wèi)星等）的觀測(cè)資料進(jìn)行質(zhì)量控制和同化處理，獲得了一套完整的再分析資料集，它不僅包含的要素多、范圍廣，而且延伸的時(shí)段長(zhǎng)，是一個(gè)綜合的數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)資料是每隔6 h一次的1°×1°格點(diǎn)數(shù)據(jù)，來(lái)自全球資料同化系統(tǒng)（GDAS）。另外一種數(shù)據(jù)為JMA的客觀再分析格點(diǎn)資料，始于1979年并一直更新至今，是日本氣象廳區(qū)域譜模式RSM-RANAL所提供的一種水平分辨率為20 km的區(qū)域高分辨率再分析資料。該資料為grib2格式，同化了衛(wèi)星、雷達(dá)等非常規(guī)資料，其覆蓋區(qū)域（10°～60°N，110°～160°E）頂層氣壓為10 hPa，每天提供 00:00、06:00、12:00和 18:00 UTC的4次分析數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)了兩組同化試驗(yàn)，一組是GFS試驗(yàn)：選取美國(guó)全球預(yù)報(bào)系統(tǒng)的再分析資料作為背景場(chǎng)，該資料空間分辨率為28 km，提供初始和側(cè)邊界條件，進(jìn)行雷達(dá)資料同化；二組是JMA試驗(yàn)：選取日本氣象廳區(qū)域客觀再分析資料作為背景場(chǎng)，該資料空間分辨率為20 km，提供初始和側(cè)邊界條件，進(jìn)行雷達(dá)資料同化。兩組試驗(yàn)均選取了從“桑美”強(qiáng)度突然增強(qiáng)至登陸及登陸后的時(shí)段（8月10日00:00 UTC—18:00 UTC）作為模擬時(shí)段。試驗(yàn)流程如圖3所示，首先選取8月10日00:00 UTC作為起始時(shí)間，作3 h的spin-up預(yù)報(bào)至8月10日03:00 UTC。從8月10日03:00 UTC開(kāi)始，每30 min同化一次雷達(dá)徑向風(fēng)觀測(cè)資料，同化3 h至8月10日06:00 UTC結(jié)束。然后用最后一個(gè)時(shí)刻（06:00 UTC）的分析場(chǎng)作為初始場(chǎng)，作12 h的確定性預(yù)報(bào)。

圖1 質(zhì)量控制前（a）和質(zhì)量控制后（b）雷達(dá)徑向速度對(duì)比Fig.1 Comparison of radar velocity before (a) and after (b) quality control

圖2 WRF模擬區(qū)域范圍Fig.2 WRF simulation area

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 同化雷達(dá)資料前后風(fēng)場(chǎng)和高度場(chǎng)分析

3.1.1 700 hPa風(fēng)場(chǎng)增量分析

圖4為第一個(gè)同化時(shí)刻（2006年8月10日03:00 UTC）700 hPa風(fēng)場(chǎng)增量場(chǎng)，即分析場(chǎng)減去初始場(chǎng)差值，這個(gè)差值代表雷達(dá)資料同化對(duì)背景場(chǎng)的修正作用。圖4a為GFS試驗(yàn)700 hPa的風(fēng)場(chǎng)增量場(chǎng)，圖4b為JMA試驗(yàn)700 hPa的風(fēng)場(chǎng)增量場(chǎng)。可以發(fā)現(xiàn)無(wú)論是GFS再分析資料還是JMA再分析資料作為初始場(chǎng)，在臺(tái)風(fēng)的中心位置（紅色的臺(tái)風(fēng)標(biāo)記）均產(chǎn)生了一個(gè)氣旋性的風(fēng)場(chǎng)增量，且越靠近臺(tái)風(fēng)中心增強(qiáng)的效果越強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)的渦旋結(jié)構(gòu)越明顯。這表明兩種背景場(chǎng)上模擬的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度均較實(shí)況偏弱，而在同化了雷達(dá)徑向風(fēng)資料之后，對(duì)背景場(chǎng)模擬的臺(tái)風(fēng)均有一個(gè)明顯的增強(qiáng)作用。對(duì)比兩組試驗(yàn)的風(fēng)場(chǎng)增量場(chǎng)，不難看出GFS試驗(yàn)的氣旋性增量更大一些，在臺(tái)風(fēng)內(nèi)核區(qū)西南象限的風(fēng)場(chǎng)增量相比于JMA試驗(yàn)的風(fēng)場(chǎng)增量量級(jí)更大，說(shuō)明GFS試驗(yàn)同化雷達(dá)資料之后的分析場(chǎng)與同化前的背景場(chǎng)的差值更大，也即表明GFS再分析資料作為初始場(chǎng)模擬的臺(tái)風(fēng)要比JMA再分析資料作為初始場(chǎng)的模擬臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度更弱，故而增量也相對(duì)大一些。

圖3 GFS和JMA試驗(yàn)流程Fig.3 The flow charts for GFS experiment and JMA experiment

3.1.2 500 hPa高度場(chǎng)分析

圖5為GFS試驗(yàn)和JMA試驗(yàn)在同化雷達(dá)徑向風(fēng)資料前后500 hPa高度場(chǎng)?？梢钥吹皆谕癎FS試驗(yàn)?zāi)M出的臺(tái)風(fēng)渦旋結(jié)構(gòu)明顯比JMA試驗(yàn)?zāi)M出的臺(tái)風(fēng)渦旋結(jié)構(gòu)要弱，在500 hPa高度場(chǎng)上等值線比較稀疏，且臺(tái)風(fēng)眼相對(duì)較寬。而由于JMA區(qū)域客觀分析資料的精度更高，JMA試驗(yàn)分析出的等值線更加密集，臺(tái)風(fēng)眼也相對(duì)較小?？傮w而言，兩種不同背景場(chǎng)資料在同化了雷達(dá)觀測(cè)資料以后分析的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度均有所增強(qiáng)，但是JMA試驗(yàn)?zāi)M出的渦旋強(qiáng)度明顯要比GFS試驗(yàn)?zāi)M出的渦旋強(qiáng)度更強(qiáng)，500 hPa高度場(chǎng)等值線也變得更多更密，臺(tái)風(fēng)眼更小且清晰，符合“桑美”小臺(tái)風(fēng)眼的特征。另一方面，在588 hPa等值線以內(nèi)，JMA試驗(yàn)分析出的等值線比GFS試驗(yàn)更密集，也說(shuō)明了JMA試驗(yàn)分析出的臺(tái)風(fēng)中心氣壓更低，更加接近觀測(cè)實(shí)況。整體而言，通過(guò)對(duì)比兩組試驗(yàn)同化前后的模擬結(jié)果，不難看出不同初始場(chǎng)條件對(duì)模擬臺(tái)風(fēng)500 hPa高度的環(huán)流形勢(shì)有一定的影響，JMA再分析資料作初始場(chǎng)同化雷達(dá)觀測(cè)資料后分析的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度要優(yōu)于GFS再分析資料作為初始場(chǎng)同化雷達(dá)資料后分析的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度，具體表現(xiàn)在：渦旋結(jié)構(gòu)更加緊密，臺(tái)風(fēng)眼小且清晰，500 hPa高度場(chǎng)等值線多且密集，中心氣壓更低。

3.2 同化區(qū)間均方根誤差和強(qiáng)度分析

為了進(jìn)一步檢驗(yàn)采用GFS再分析資料和JMA再分析資料作為背景場(chǎng)對(duì)同化雷達(dá)資料效果的影響，圖6分析了兩組試驗(yàn)在3 h同化區(qū)間內(nèi)每次同化雷達(dá)徑向風(fēng)前后的均方根誤差（root mean square error，RMSE）（圖6a）和最小海平面氣壓（minimum sea level pressure，MSLP）（圖6b）的變化情況。均方根誤差是指同化前后背景場(chǎng)（分析場(chǎng)）的雷達(dá)徑向風(fēng)與真實(shí)值的誤差。從圖6a可以看出，GFS試驗(yàn)和JMA試驗(yàn)在同化窗內(nèi)每次同化后均方根誤差都有所下降，且前3次同化雷達(dá)徑向風(fēng)后RMSE下降幅度更大，每次大約下降9 m/s，GFS試驗(yàn)第一次同化時(shí)RMSE更是從15.5 m/s下降到5.5 m/s。這是由于在第一次同化時(shí)，模式背景場(chǎng)上的臺(tái)風(fēng)模擬偏弱所導(dǎo)致，故而第一次同化的觀測(cè)增量也是最大，另一方面臺(tái)風(fēng)的中心氣壓也與觀測(cè)更加接近，強(qiáng)度有不同程度的加強(qiáng)。在后面幾次同化過(guò)程中，兩組試驗(yàn)的RMSE都穩(wěn)定在4 m/s左右，但JMA試驗(yàn)的誤差更小?？傮w而言，雖然每次同化雷達(dá)觀測(cè)資料后均方根誤差都較同化前有所下降，但在整個(gè)同化時(shí)段JMA試驗(yàn)的誤差低于GFS試驗(yàn)的誤差，這表明JMA再分析資料作為背景場(chǎng)在同化中更具有優(yōu)勢(shì)，與觀測(cè)結(jié)果更為接近。

圖5 同化雷達(dá)徑向風(fēng)資料前GFS試驗(yàn)（a）、JMA試驗(yàn)（b）和同化雷達(dá)徑向風(fēng)資料后GFS試驗(yàn)（c）、JMA 試驗(yàn)（d）500 hPa高度場(chǎng)（等值線，單位：m）Fig.5 The 500 hPa geopotential height filed analysis for GFS (a) and JMA (b) experiments before assimilating radar data, and the analysis for GFS (c) and JMA (d) after assimilating data (contour line, unit: m)

圖6b顯示了兩組試驗(yàn)在同化區(qū)間每次同化前后的最小海平面氣壓?？梢园l(fā)現(xiàn)在同化起始時(shí)刻兩組試驗(yàn)分析出的最小海平面氣壓與觀測(cè)的最佳海平面氣壓915 hPa相比，偏差都比較大，GFS試驗(yàn)高出最佳路徑85 hPa，JMA試驗(yàn)高出最佳路徑75 hPa。通過(guò)模式預(yù)報(bào)的調(diào)整，兩組同化試驗(yàn)在同化區(qū)間后期幾次分析的最小海平面氣壓與上一時(shí)刻相比均有所下降，尤其是在第一次同化時(shí)，海平面氣壓下降最為明顯，GFS試驗(yàn)由997 hPa下降到967 hPa，JMA試驗(yàn)由990 hPa下降到962 hPa。整體來(lái)看，不難看出在整個(gè)同化區(qū)間，JMA試驗(yàn)分析出的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度都比GFS試驗(yàn)更加接近觀測(cè)值，進(jìn)一步說(shuō)明了JMA再分析資料作為背景場(chǎng)同化雷達(dá)資料的分析效果更佳。

3.3 同化末端臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)場(chǎng)分析

3.3.1 近地面風(fēng)場(chǎng)和海平面氣壓場(chǎng)

為了全面地評(píng)估兩組同化試驗(yàn)在整個(gè)同化時(shí)段對(duì)臺(tái)風(fēng)“桑美”的預(yù)報(bào)效果，本文分析了最后一個(gè)同化時(shí)刻（2006年8月10日06:00 UTC）的臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)。圖7顯示了GFS試驗(yàn)（圖7a）和JMA試驗(yàn)（圖7b）在8月10日06:00 UTC同化了雷達(dá)徑向風(fēng)資料后近地面風(fēng)場(chǎng)和最小海平面氣壓場(chǎng)的合成示意圖，同時(shí)還顯示了實(shí)際觀測(cè)的臺(tái)風(fēng)中心（圖中黑點(diǎn)）。由圖可以發(fā)現(xiàn)兩組試驗(yàn)都很好地模擬出了臺(tái)風(fēng)的渦旋結(jié)構(gòu)，但是與GFS試驗(yàn)相比，JMA試驗(yàn)分析出的臺(tái)風(fēng)渦旋強(qiáng)度更強(qiáng)，在臺(tái)風(fēng)內(nèi)核區(qū)的風(fēng)速也更大，且JMA試驗(yàn)分析出的臺(tái)風(fēng)眼區(qū)更小，更加接近“桑美”小臺(tái)風(fēng)眼的特征。同時(shí)，從圖中可以看出JMA試驗(yàn)分析出的臺(tái)風(fēng)近地面氣壓場(chǎng)的等值線比GFS試驗(yàn)更密集，說(shuō)明其最小海平面氣壓也更低，圖中顯示GFS試驗(yàn)的最小海平面氣壓為950 hPa，而JMA試驗(yàn)的最小海平面氣壓為940 hPa，更加接近觀測(cè)值。另一方面，對(duì)比兩組同化試驗(yàn)分析的臺(tái)風(fēng)中心位置，并與實(shí)際觀測(cè)的臺(tái)風(fēng)中心作比較可以發(fā)現(xiàn)JMA試驗(yàn)分析出的臺(tái)風(fēng)中心位置與觀測(cè)實(shí)況更加接近，而GFS試驗(yàn)的臺(tái)風(fēng)中心則處于實(shí)際觀測(cè)臺(tái)風(fēng)中心的東北方向，相比JMA試驗(yàn)偏離觀測(cè)的臺(tái)風(fēng)中心位置較遠(yuǎn)。這些情況都進(jìn)一步說(shuō)明了JMA試驗(yàn)對(duì)臺(tái)風(fēng)桑美中心、結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的預(yù)報(bào)效果改進(jìn)更明顯。

圖6 2006年8月10日03:00 UTC至06:00 UTC每個(gè)同化時(shí)刻的同化前后徑向速度均方根誤差（a）和最小海平面氣壓（b）Fig.6 The forecast and analysis (sawtooth pattern during the data assimilation cycling) for root mean square error of radial velocity (a)and the minimum sea level pressures (b) for GFS and JMA experiments from 03:00 UTC to 06:00 UTC on August 10, 2006

3.3.2 臺(tái)風(fēng)中心垂直剖面

本文進(jìn)一步從臺(tái)風(fēng)中心風(fēng)速和位溫的垂直剖面結(jié)構(gòu)考察了兩組試驗(yàn)的預(yù)報(bào)效果。圖8中兩組試驗(yàn)臺(tái)風(fēng)中心的垂直剖面顯示出的臺(tái)風(fēng)眼區(qū)高度均伸展到了400 hPa左右，且呈現(xiàn)非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。但是GFS試驗(yàn)（圖8a）的臺(tái)風(fēng)眼相對(duì)較寬，相比之下JMA試驗(yàn)（圖8b）的臺(tái)風(fēng)眼更窄，渦旋強(qiáng)度更強(qiáng)，說(shuō)明臺(tái)風(fēng)的結(jié)構(gòu)也更完整。同時(shí)從圖中可以觀察到臺(tái)風(fēng)眼外圍的云墻區(qū)也呈現(xiàn)出非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，臺(tái)風(fēng)眼右側(cè)的云墻強(qiáng)度要比左側(cè)強(qiáng)很多。JMA試驗(yàn)的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)更顯著，云墻強(qiáng)度要強(qiáng)于GFS試驗(yàn)，在臺(tái)風(fēng)眼右側(cè)的云墻區(qū)出現(xiàn)了最大風(fēng)速區(qū)，風(fēng)速達(dá)到了50 m/s以上，最大風(fēng)速區(qū)的云強(qiáng)高度一直延伸到500 hPa，而GFS的最大風(fēng)速只達(dá)到了35 m/s。值得指出的是，GFS試驗(yàn)的等位溫線在臺(tái)風(fēng)眼區(qū)沒(méi)有出現(xiàn)明顯的下凹趨勢(shì)，而JMA試驗(yàn)在整個(gè)臺(tái)風(fēng)內(nèi)核區(qū)的等位溫線都是下凹的，表明了JMA試驗(yàn)在臺(tái)風(fēng)中心的暖心結(jié)構(gòu)也更強(qiáng)?？傮w來(lái)說(shuō)，JMA試驗(yàn)在臺(tái)風(fēng)垂直結(jié)構(gòu)上對(duì)臺(tái)風(fēng)風(fēng)速和位溫的修正效果都優(yōu)于GFS試驗(yàn)，進(jìn)一步說(shuō)明采用JMA再分析資料作為初始場(chǎng)更有優(yōu)勢(shì)。

圖7 2006年8月10日06:00 UTC GFS試驗(yàn)（a）和JMA試驗(yàn)（b）近地面風(fēng)場(chǎng)和海平面氣壓場(chǎng)（等值線，單位：hPa）合成示意圖Fig.7 The sea level pressure (solid contours, unit: hPa) and the surface wind vectors for GFS (a) and JMA (b) experiments at 06:00 UTC on August 10, 2006

圖8 2006年8月10日06:00 UTC GFS試驗(yàn)（a）和JMA試驗(yàn)（b）經(jīng)過(guò)臺(tái)風(fēng)中心風(fēng)速和位溫（等值線，單位：K）的垂直剖面Fig.8 Vertical cross sections of analyzed horizontal wind speed and potential temperature (contour line, unit: K) for GFS (a) and JMA (b)experiments at 06:00 UTC on August 10, 2006

3.3.3 溫度距平

臺(tái)風(fēng)的暖心結(jié)構(gòu)可以通過(guò)溫度距平的垂直截面圖來(lái)分析[24]，從圖9中可以發(fā)現(xiàn)兩組試驗(yàn)都分析出了臺(tái)風(fēng)的暖心結(jié)構(gòu)，但JMA試驗(yàn)的暖心結(jié)構(gòu)更強(qiáng)。GFS試驗(yàn)臺(tái)風(fēng)暖心結(jié)構(gòu)的最大溫度距平為4 K，出現(xiàn)在400 hPa左右，且正的溫度距平只存在于500 hPa以上。而JMA試驗(yàn)臺(tái)風(fēng)暖心結(jié)構(gòu)的暖核最大值達(dá)到了6 K，最大值出現(xiàn)在400 hPa左右，值得注意的是JMA試驗(yàn)正的溫度距平一直延伸到地面，貫穿整個(gè)對(duì)流層?？傮w來(lái)看，JMA試驗(yàn)分析出的暖心結(jié)構(gòu)更強(qiáng)一些，更利于臺(tái)風(fēng)的發(fā)展加強(qiáng)。

3.3.4 軸對(duì)稱切向風(fēng)和水平溫度距平

為了進(jìn)一步評(píng)估臺(tái)風(fēng)中心的垂直結(jié)構(gòu)，本文分析了GFS試驗(yàn)（圖10a）和JMA試驗(yàn)（圖10b）的軸對(duì)稱切向風(fēng)和水平溫度距平。從圖中可以看到，GFS試驗(yàn)的環(huán)流結(jié)構(gòu)較弱，最大風(fēng)速達(dá)到了40 m/s，位于距臺(tái)風(fēng)中心30 km處，臺(tái)風(fēng)的最大溫度距平值為10 K，其中心位于距臺(tái)風(fēng)中心8 km處，暖心結(jié)構(gòu)相對(duì)較弱。相比之下，JMA試驗(yàn)的環(huán)流結(jié)構(gòu)更強(qiáng)，最大風(fēng)速區(qū)位于距臺(tái)風(fēng)中心15 km處，最大風(fēng)速達(dá)到了50 m/s，遠(yuǎn)大于GFS試驗(yàn)的最大風(fēng)速。同時(shí)JMA試驗(yàn)分析出的最大溫度距平達(dá)到了12 K，位于距臺(tái)風(fēng)中心7 km處。表明同化雷達(dá)徑向風(fēng)資料可以改進(jìn)臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)，但對(duì)JMA試驗(yàn)的改進(jìn)效果更好一些，進(jìn)一步說(shuō)明JMA再分析資料作為背景場(chǎng)更具優(yōu)勢(shì)。

3.4 確定性預(yù)報(bào)效果分析

3.4.1 近地面風(fēng)場(chǎng)和組合反射率因子分析

本文對(duì)比分析了預(yù)報(bào)時(shí)段GFS和JMA兩組試驗(yàn)的近地面風(fēng)場(chǎng)和雷達(dá)組合反射率因子與實(shí)際觀測(cè)資料的雷達(dá)反射率因子（圖11）。從觀測(cè)實(shí)況圖中可以看出，在初始兩個(gè)時(shí)刻臺(tái)風(fēng)的螺旋結(jié)構(gòu)都很清晰，隨著臺(tái)風(fēng)靠近陸地，渦旋強(qiáng)度減弱，并且臺(tái)風(fēng)前沿陸地上的雷達(dá)反射率資料部分缺失。兩組試驗(yàn)的預(yù)報(bào)圖中都顯示出了較好的臺(tái)風(fēng)的渦旋環(huán)流結(jié)構(gòu)，JMA試驗(yàn)?zāi)軌蚍治龀銮逦呐_(tái)風(fēng)眼，與觀測(cè)資料有較好的一致性，并且在8月10日07:00 UTC臺(tái)風(fēng)眼變得更加清晰。而GFS試驗(yàn)在整個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)段都未能分析出清晰的臺(tái)風(fēng)眼。在預(yù)報(bào)的初始時(shí)刻（8月10日06:00 UTC），GFS試驗(yàn)僅在臺(tái)風(fēng)中心的南側(cè)顯示出了回波強(qiáng)度為50 dBZ的強(qiáng)回波中心，JMA試驗(yàn)在臺(tái)風(fēng)中心的南側(cè)和西北側(cè)都分析出了強(qiáng)回波，回波強(qiáng)度達(dá)到50 dB，強(qiáng)回波范圍比GFS試驗(yàn)的要大得多。值得指出的是，JMA試驗(yàn)預(yù)報(bào)出了臺(tái)風(fēng)前沿陸地上的降水（位于27.5°N，119.8°E的強(qiáng)回波中心），但GFS試驗(yàn)未能報(bào)出。到了下一個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)刻（8月10日07:00 UTC），兩組試驗(yàn)的渦旋環(huán)流強(qiáng)度均有所加強(qiáng)，JMA試驗(yàn)分析出了更完整緊密的臺(tái)風(fēng)螺旋結(jié)構(gòu)，且最大風(fēng)速中心出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)眼附近，臺(tái)風(fēng)中心南側(cè)的強(qiáng)回波和臺(tái)風(fēng)前沿的強(qiáng)回波連成了一片，更加接近實(shí)際觀測(cè)資料。而GFS試驗(yàn)依舊未能預(yù)報(bào)出臺(tái)風(fēng)前沿的降水。隨著預(yù)報(bào)時(shí)間的推后，臺(tái)風(fēng)的環(huán)流結(jié)構(gòu)有所減弱，這是因?yàn)榕_(tái)風(fēng)登陸地形摩擦填充削弱了臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度，但JMA試驗(yàn)的臺(tái)風(fēng)環(huán)流結(jié)構(gòu)仍然優(yōu)于GFS試驗(yàn)。兩組試驗(yàn)都在臺(tái)風(fēng)中心分析出了最大風(fēng)速中心，但是GFS的最大風(fēng)速要比JMA弱，并且隨著預(yù)報(bào)時(shí)刻的推后在逐漸減小。JMA試驗(yàn)分析出的最大風(fēng)速中心在整個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)段與臺(tái)風(fēng)中心都配合得比較好，并且在8月10日07:00 UTC風(fēng)場(chǎng)變得更強(qiáng)?？偟膩?lái)說(shuō)，JMA試驗(yàn)在整個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)段分析出的臺(tái)風(fēng)環(huán)流結(jié)構(gòu)、最大風(fēng)速都要優(yōu)于GFS試驗(yàn)，同時(shí)JMA試驗(yàn)預(yù)報(bào)出了臺(tái)風(fēng)前沿的降水，而GFS試驗(yàn)未能預(yù)報(bào)出臺(tái)風(fēng)前沿的降水，因此選取JMA區(qū)域客觀再分析資料對(duì)臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)的改進(jìn)效果更加明顯。

圖9 2006年8月10日06:00 UTC GFS試驗(yàn)（a）和JMA試驗(yàn)（b）溫度距平（等值線，單位: K）Fig.9 Vertical cross sections of analyzed temperature anomalies (contour line, unit: K) for GFS (a) and JMA (b) experiments at 06:00 UTC on August 10, 2006

圖10 2006年8月10日06:00 UTC GFS試驗(yàn)（a）和JMA試驗(yàn)（b）臺(tái)風(fēng)軸對(duì)稱切向風(fēng)和溫度距平（等值線，單位：K）Fig.10 Contour plot of azimuthally-averaged tangential wind and temperature deviated from the horizontal mean (contour line, unit: K)for GFS (a) and JMA (b) experiments at 06:00 UTC on August 10, 2006

3.4.2 臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度分析

為了進(jìn)一步評(píng)估選取不同的背景場(chǎng)同化多普勒雷達(dá)資料對(duì)臺(tái)風(fēng)“桑美”預(yù)報(bào)效果的影響，本文選取了最后一個(gè)同化時(shí)刻（8月10日06:00 UTC）的分析場(chǎng)作為初始場(chǎng)對(duì)臺(tái)風(fēng)的路徑和強(qiáng)度進(jìn)行了12 h的確定性預(yù)報(bào)，直至8月10日18:00 UTC結(jié)束。本節(jié)對(duì)GFS試驗(yàn)和JMA試驗(yàn)的預(yù)報(bào)路徑、路徑誤差、最小海平面氣壓和近地面最大風(fēng)速（Maximum Surface Wind,MSW）進(jìn)行討論。圖12a和圖12b給出了兩組試驗(yàn)和觀測(cè)資料的臺(tái)風(fēng)路徑和路徑誤差，從圖中可以看出在起始時(shí)刻（8月10日06:00 UTC）JMA試驗(yàn)預(yù)報(bào)效果更佳，JMA試驗(yàn)預(yù)報(bào)的臺(tái)風(fēng)中心位置與最佳路徑的臺(tái)風(fēng)中心基本重合，路徑誤差為3 km，而GFS試驗(yàn)預(yù)報(bào)的中心位置相比最佳路徑略微偏東偏北，路徑誤差為8 km。在預(yù)報(bào)前3 h兩組試驗(yàn)的預(yù)報(bào)路徑與觀測(cè)實(shí)況相比都更加偏東偏北，但JMA試驗(yàn)預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)況更加接近，且將路徑誤差控制在了20 km以下，而GFS試驗(yàn)預(yù)報(bào)的路徑誤差達(dá)到了50 km。在3 h之后，兩組試驗(yàn)預(yù)報(bào)的路徑誤差也逐漸增大，中心位置越向北偏，在結(jié)束時(shí)刻GFS試驗(yàn)和JMA試驗(yàn)的誤差分別達(dá)到了92 km和80 km，這可能是因?yàn)榈顷懞笥捎诘匦文Σ磷饔孟魅趿伺_(tái)風(fēng)強(qiáng)度，但依舊是JMA試驗(yàn)更接近實(shí)況?？傮w來(lái)看，采用JMA再分析資料作為背景場(chǎng)同化雷達(dá)觀測(cè)資料對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)效果改進(jìn)更具優(yōu)勢(shì)，分析出的臺(tái)風(fēng)路徑更加接近觀測(cè)實(shí)況。

圖11 2006年8月10日06:00 UTC至09:00 UTC，觀測(cè)實(shí)況、GFS試驗(yàn)和JMA試驗(yàn)雷達(dá)組合反射率因子Fig.11 The radar combination reflectivity factor for observation, GFS, and JMA experiments from 06:00 UTC to 18:00 UTC on August 10, 2006

圖12c和圖12d分析了兩組試驗(yàn)和觀測(cè)資料在預(yù)報(bào)時(shí)段的最小海平面氣壓和最大風(fēng)速隨時(shí)間的變化情況。從圖12c中可以看到起始時(shí)刻JMA試驗(yàn)預(yù)報(bào)出的MSLP為948 hPa，相比GFS試驗(yàn)預(yù)報(bào)出的957 hPa更加接近觀測(cè)實(shí)況。在預(yù)報(bào)的前9 h，JMA試驗(yàn)預(yù)報(bào)出的MSLP都比GFS試驗(yàn)更加接近觀測(cè)實(shí)況。在最后3 h誤差逐漸減小，但JMA試驗(yàn)預(yù)報(bào)的MSLP誤差約為5 hPa，低于GFS的預(yù)報(bào)誤差?？傮w而言，在整個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)段，JMA試驗(yàn)的預(yù)報(bào)效果都優(yōu)于GFS試驗(yàn)的預(yù)報(bào)效果。從圖12d中可以發(fā)現(xiàn)在預(yù)報(bào)的前9 h，GFS試驗(yàn)預(yù)報(bào)的最大風(fēng)速與實(shí)際觀測(cè)的誤差都比較大，最大誤差達(dá)到了40 m/s，嚴(yán)重低估了臺(tái)風(fēng)的最大風(fēng)速。而JMA試驗(yàn)預(yù)報(bào)出的最大風(fēng)速與實(shí)況的誤差在整個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)段都控制在10 m/s左右，預(yù)報(bào)效果更佳。在最后一個(gè)時(shí)刻GFS試驗(yàn)預(yù)報(bào)出的最大風(fēng)速超過(guò)了JMA試驗(yàn)，更接近實(shí)況，但總體從趨勢(shì)上來(lái)，JMA試驗(yàn)在12 h的預(yù)報(bào)過(guò)程中預(yù)報(bào)效果更佳，與實(shí)況更接近。

4 結(jié)論

本文使用中尺度數(shù)值模式WRFV4.0及其三維變分同化系統(tǒng)，對(duì)2006年8月10日登陸我國(guó)的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“桑美”進(jìn)行雷達(dá)徑向風(fēng)資料同化，并做了12 h的確定性預(yù)報(bào)?？疾旆謩e選取美國(guó)GFS再分析資料和日本JMA區(qū)域客觀再分析資料作為背景場(chǎng)進(jìn)行多普勒雷達(dá)資料同化對(duì)臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、路徑、降水預(yù)報(bào)效果的影響，具體結(jié)論如下：

（1）對(duì)比分析兩組試驗(yàn)同化雷達(dá)觀測(cè)資料后700 hPa風(fēng)場(chǎng)增量場(chǎng)和同化前后500 hPa高度場(chǎng)，可以看出GFS再分析資料作為背景場(chǎng)模擬的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度比JMA再分析資料模擬的臺(tái)風(fēng)要弱得多，同化雷達(dá)徑向風(fēng)資料對(duì)背景場(chǎng)上的臺(tái)風(fēng)有很好的調(diào)整和增強(qiáng)作用，但對(duì)JMA試驗(yàn)的改進(jìn)效果更佳，同化雷達(dá)資料后JMA試驗(yàn)?zāi)M出的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度更強(qiáng)。

圖12 預(yù)報(bào)時(shí)段（2006年8月10日06:00 UTC至18:00 UTC）的臺(tái)風(fēng)路徑（a）、路徑誤差（b）、最小海平面氣壓（c）和最大風(fēng)速（d）預(yù)報(bào)結(jié)果Fig.12 The 12 hour predicted tracks (a), track errors (b), minimum sea level pressure (c) and maximum surface wind speed (d) from 06:00 UTC to 18:00 UTC on August 10, 2006

（2）分析同化窗內(nèi)RMSE和MSLP隨時(shí)間的變化情況，發(fā)現(xiàn)同化雷達(dá)資料均能使兩組試驗(yàn)的RMSE和MSLP下降，且同化前期下降更明顯。但總體來(lái)說(shuō)JMA試驗(yàn)的RMSE和MSLP都更小，更加接近觀測(cè)實(shí)況，表明使用JMA區(qū)域客觀再分析資料作為背景場(chǎng)更具有優(yōu)勢(shì)。

（3）從同化末端臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)來(lái)看，采用JMA區(qū)域客觀再分析資料作為背景場(chǎng)分析的臺(tái)風(fēng)在渦旋強(qiáng)度、臺(tái)風(fēng)眼大小、最大風(fēng)速區(qū)和暖心結(jié)構(gòu)等方面都要優(yōu)于GFS再分析資料，更加接近實(shí)況。說(shuō)明JMA客觀再分析資料對(duì)臺(tái)風(fēng)動(dòng)力和熱力結(jié)構(gòu)的調(diào)整更具優(yōu)勢(shì)。

（4）使用JMA再分析資料預(yù)報(bào)出的臺(tái)風(fēng)組合反射率因子、路徑、最小海平面氣壓、最大風(fēng)速都更接近觀測(cè)實(shí)況，且能夠預(yù)報(bào)出位于臺(tái)風(fēng)前沿的降水。說(shuō)明JMA再分析資料作為背景場(chǎng)同化雷達(dá)資料的預(yù)報(bào)效果的更佳。

本文選取GFS再分析資料和JMA再分析資料作為兩種不同的背景場(chǎng)條件，對(duì)登陸臺(tái)風(fēng)“桑美”進(jìn)行數(shù)值模擬研究，發(fā)現(xiàn)不同背景場(chǎng)條件會(huì)造成臺(tái)風(fēng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)以及對(duì)其路徑和強(qiáng)度預(yù)報(bào)效果的差異。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)指出本文的結(jié)論都是針對(duì)臺(tái)風(fēng)“桑美”的研究得到的，只適用于這一個(gè)例，對(duì)于其他個(gè)例是否成立還需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

致謝：本論文的數(shù)值計(jì)算得到了南京信息工程大學(xué)高性能計(jì)算中心的計(jì)算支持與幫助，在此表示感謝！