USE OF NWP FOR NOWCASTING CONVECTIVE PRECIPITATION

文章出自Use of NWP for Nowcasting Convective Precipitation: Recent Progress and Challenges 主要讨论了近年来临近预报技术的发展，从模式分辨率降低，快速循环的系统，高时间分辨率短临资料同化问题入手。

• 开篇就介绍了一篇写于1998年的雷达资料同化的经典综述，由Wilson et al所写。
• 给出了短临的定义：关注0-6小时的预报结果，尤其是对流降水预报结果。
• 近年来短临预报技巧的提高主要仰仗与模式分辨率的提高，级高时间密度的资料同化。
• 同时这也使得其他的领域的短临预报技巧得以提高（非降水）。

介绍数值预报技术在短临时期的应用概况

将传统雷达资料应用分为两类：

1. 简单的外推雷达反射率回波应用。
2. 引入一套较复杂的监督系统（主要考虑了初始条件及耗散条件）来进行外推。
   之后由Radhakrishna et al. (2012)指出，这种传统外推的极限预报时长大概是2小时（250km的系统尺度）。

指出短临预报技巧提高的个方向是将外推与模式预报结果融合，提到Sokol and Zacharov (2012) ，使用nudging方案成功的例子。

介绍高分辨率快速循环系统

• 首先说明随着模式分辨率的提高（1-4km），高分辨率的模式可以不依靠对流参数化方案去描述大气真是的对流情况了。但是在临近预报方面却引出了两个问题，分别是：

1. 从粗到细的高分辨率模式初始化时的spin-up问题（典型时间为3-6小时），模式自身的适应过程。
2. 离开了spin-up时间，模式的预报能力可以提升，但是报出的对流发生时间和强度信息就不准确了。
   ——改进方式：引入热启动及数值滤波初始化（DFI）

对流尺度的资料同化问题

介绍了几种应用于对流尺度同化的技术：

1. 基于雷达反射率观测的绝热初始化。例子包括：利用反射率资料进行绝热数值滤波初始化（DDFI）；用设定阈值的方式估计初始场中的相对湿度Wang et al. 2013a；
2. 雷达资料的变分同化（多指相对成熟的3D-Var）。但是直接使用三维变分同化雷达资料的效果不太理想，因为在计算代价函数的时候其他的观测的贡献也被平衡的考虑了，一种有效的方式则是先使用绝热初始化，再进行雷达资料三维变分同化，从而强化雷达资料信息的整体权重。例子：Xue et al. 2008与Sun et al. 2012
3. 之后提到了4D-Var应用于对流尺度资料同化的必要性，因为四维变分可以考虑观测资料误差矩阵随时间的变化信息，而这些信息在对流尺度的数值预报问题中恰恰可以表示很多局地的瞬变过程，如果忽略这些会带来很大的预报误差。并给出了一些正面例子，如Sun and Zhang (2008)。这些进步主要表现在经过四维变分同化的初始场能够更好的描述低层冷池的结构。但是四维变分存在明显的业务化困难，主要表现在大计算量需求和系统开发维护成本高。
4. EnKF雷达资料同化技术，一个技术难点在如何表示模式的误差，在高度非线性的对流系统中这种误差往往是流依赖的。有一些不错的方案，例如：

• 用一定的方式增大集合成员的协方差，这样可以很好的增大集合成员的离散程度。
• 同化物理参数化方案的不同而产生不同的集合成员Snook et al. (2011)。

5. 同时结果集合同化与三维变分或四维变分技术的方案叫做Hybrid，它将大尺度集合产品流依赖的背景误差协方差引入了三维或四维变分系统框架中从而达到用少量计算实现背景误差协方差流依赖的实现。实例见：Li et al.2012

未来展望

作者从三个方面谈了对之后工作的设想：

1. 对流降水系统的可预报性研究。Germann et al. (2006)使用雷达资料从降水系统的尺度及维持出发，给出了一个可预报区间的参考值。此外值得注意 Sun et al. (2012) 在分析雷达资料对模式的预报影响时间时发现，存在夜晚启动模式的影响时间长于白天启动模式的现象。
2. 中尺度观察系统的研发。可以从新观测手段，新资料的质量控制等方面考虑应用前景。
3. 快速循环系统及其同化子系统的研发。理论方面，可以从减小模式误差及观察随机误差，偏差订正等方面考虑。实际业务应用方面，除了更高效的算法研究同化方案研究等等，还可以考虑一小时以下的更快速度更新系统设计。此外还可以设计更客观评价模式对流尺度预报技巧的评分方法，类似Gilleland et al. 2009所提到的新方法。