基于WACCM+DART的临近空间资料同化研究
临近空间因其巨大的战略价值越来越引起世界军事强国的重视。开展临近空间大气环境分析预报技术和方法研究，已成为临近空间相关研究和应用领域关注的热点问题，其科学和军事应用价值日益凸显。本文主要基于包含中高层大气动力学和化学过程的WACCM模式(Whole Atmosphere Community Climate Model)，从优化初值的角度出发，开展基于WACCM+DART(Data Assimilation Research Test-Bed)临近空间同化预报系统的中高层大气观测同化试验研究，以期提高该模式对临近空间大气环境的模拟能力，进而为发展我军临近空间大气数值分析预报业务提供借鉴和支撑。本研究主要包括以下三部分： 首先，利用ECMWF最新发布的已拓展至临近空间的ERA5再分析资料为WACCM模式构造初始场，并比较其与WACCM气候态初始场对平流层爆发性增温(SSW)事件的模拟能力。比较分析表明：WACCM气候态初始场不能很好地重现平流层爆发性增温事件期间临近空间纬向风和温度场的突变特征，而利用ERA5再分析资料构造的初始场模拟的未来4-5d平流层底部至中间层中部(0.1hPa)纬向风和温度场的演变特征与ERA5再分析资料反映的特征较为一致。 其次，基于WACCM+DART临近空间资料同化预报系统开展SABER和MLS温度观测资料集合滤波同化试验，研究同化SABER和MLS温度观测资料对于临近空间温度场和风场分析/预报效果的影响。研究表明：同化SABER和MLS温度观测资料可显著减小WACCM+DART在临近空间大气温度场的分析和预报误差，且有利于降低北半球高纬度地区平流层-中间层底部纬向风场的分析误差，此外同化低层大气观测对于减小平流层和中间层底部纬向风场的分析偏差亦有正的作用，但不如同化SABER和MLS温度资料的作用明显。 最后，基于WACCM+DART临近空间资料同化预报系统开发了SABER和MLS臭氧观测同化接口，以2016年2月一次SSW事件为模拟个例开展了SABER和MLS臭氧观测同化试验。研究发现：同化SABER和MLS臭氧观测所得的臭氧分析场与ERA5再分析资料描述的臭氧在SSW期间变化特征具有很好的一致性；6h循环同化预报检验表明同化臭氧观测对臭氧预报误差的改善效果分别体现在上平流层-中间层底部和平流层中部；此外，同化臭氧观测可减小北半球中高纬地区平流层和中间层底部温度场和纬向风场的分析误差；臭氧中期预报检验表明相对控制试验同化SABER和MLS臭氧资料能更好改善0-10d下平流层和中间层底部臭氧的预报效果。
临近空间;大气观测;WACCM;DART;平流层爆发性增温
国防科学技术大学
硕士
大气科学
王业桂;方涵先
2017
中文
P412.27
2020-04-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）