科技进展：大尺度约束和约束变量对对流性降水预报中雷达反射率数据高频同化的影响

作为高时空分辨率的非常规观测，多普勒天气雷达资料包含了中小尺度天气系统的内部三维结构。其中，雷达反射率因子直接与水汽、水凝物相联系，其同化可以有效改善模式初始场的湿度及热力场信息，不仅可以为模式初始场提供更多中小尺度信息，还可以有效减弱模式的“spin-up”问题，特别是当其高频（十几到几十分钟）同化时。然而只调整水汽场而不调整动力场容易造成分析场的不平衡，从而导致降水位置的预报偏差。其次，过多的水汽信息添加容易造成降水预报的高估。考虑到雷达观测代表的是对流尺度现象，受对流尺度动力规律支配，在预报过程中需保留大尺度的天气信息，以保证分析场在接近雷达观测的同时不至于周围环境场的扭曲。一个可行的方法是通过大尺度约束保证高分辨率分析场保留大尺度天气形势特征。具体做法是：采用格点Nudging动力降尺度方法（一种四维同化方法）在预报过程中使区域模式场逼近全球预报场以保证大尺度平衡。

中国东部地区的夏季强降水与东亚夏季风密切相关，是重要的水汽来源。考虑到不同水汽背景条件下降水的特征差异可能对约束变量敏感，所以选取了东亚夏季风影响区（较高水汽的南方个例）和东亚夏季风过渡区（较低水汽的北方个例）发生的2个强降水个例开展了欧洲中心（简称EC）全球预报场作为大尺度约束的研究。结果表明：对南、北方个例，以20 min为周期循环同化雷达反射率因子，均存在高估和虚假降水预报；Nudging EC全球预报水平风分量（u、v）后，对2个个例均产生最佳的6 h预报，即强回波位置预报能得到有效改善，虚假回波（和降水）预报也能得到有效抑制；对南方个例，进一步Nudging水汽混合比（q）比单独Nudging u、v得到更好的前3小时预报。然而，对于北方个例，将q与u、v一起Nudging会产生不可信的回波、降水预报（失真的快速衰减）；进一步Nudging温度（T）试验在南方个例中预报评分最低，但对于北方个例却有积极的预报影响；不同的水汽条件、降水特征，以及大尺度分析与模式场之间的差异，可能会导致Nudging q或T对预报产生不同的影响效果。

研究成果以“Effects of Large-scale Constraint and Constraint Variables on the High Frequency Assimilation of Radar Reflectivity Data in Convective Precipitation Forecasting”为题于2023年5月6日发表在Climate Dynamics期刊，文章受甘肃省气候资源开发及防灾减灾重点实验室开放基金（项目号：ACRE-2021-XM01）、国家自然科学基金面上项目（项目号：41975111）及甘肃省青年科技基金计划（项目号：20JR5RA112）资助。（拟稿：李红 审核：王鹤龄 发布：杜亚卓）