بررسی اثر داده‌گواری داده‌های رادار هواشناسی در شبیه‌سازی خط تندوزه

نوع مقاله: مقاله تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 گروه علوم زمین، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

2 پژوهشگاه هواشناسی و علوم جو، تهران، ایران

چکیده

یکی از پدیده‌های جوّی همراه با توفان‌های تندری خط‌تندوزه است که پیش‌بینی آن بسیار چالشی است. خط‌تندوزه‌ای در 19 مارس 2017 در جنوب غرب ایران در ایستگاه بندر دیّر ثبت شده است. در این مطالعه ویژگی‌های خط‌تندوزه شامل زمان تشکیل، رشد و نابودی سلول‌های همرفتی و همچنین بارش همراه با آن به دو حالت با داده‌گواری (3DVAR) و بدون داده‌گواری (اجرای مرجع: CTRL) برای ساعت UTC18 روز 18 مارس 2017 در دو حوضه با تفکیک افقی 27 و 9 کیلومتر شبیه‌سازی شده است. در این پژوهش، داده‌های رادار هواشناسی بوشهر (شامل بازتاب و سرعت شعاعی) و داده‌های دیدبانی سطح زمین و جوبالا در دامنه مورد مطالعه برای شبیه‌سازی خط‌تندوزه با هدف به‌روزرسانی شرایط اولیه و مرزی از طریق داده‌گواری وردشی سه‌بعدی در مدل WRF استفاده شده است. به منظور اعتبارسنجی نتایج، ویژگی‌های همراه با خط‌تندوزه شامل سرعت باد، میانگین فشار سطح دریا، دما و رطوبت نسبی و همچنین سری زمانی بازتاب و رشد قائم سلول‌های همرفتی شبیه‌سازی شده با داده‌های دیدبانی متناظر مقایسه شدند. جهت اعتبارسنجی بارش شبیه‌سازی شده، منحنی امتیاز مهارتی کسری برای آستانه‌های بارشی مختلف ترسیم شده است. نتایج نشان داد که داده‌گواری تاثیر قابل‌توجهی در اصلاح نتایج شبیه‌سازی خط‌تندوزه دارد. شبیه‌سازی با داده‌گواری در پیش‌بینی ویژگی‌های همراه با خط‌تندوزه به داده‌های دیدبانی متناظر نزدیکتر است به‌گونه‌ای که مقدار خطا در در شبیه‌سازی با داده‌گواری نسبت به CTRL برای سرعت باد، دما، فشار و رطوبت نسبی به‌ترتیب حدود 27%، 7%، 18% و 10% کاهش داشته است. زمان تشکیل و رشد سلول‌های همرفتی، توزیع افقی، ساختار قائم و زمان نابودی آن‌ها در شبیه-سازی با داده‌گواری نسبت به CTRL به داده‌های دیدبانی متناظر نزدیکتر است. همچنین در اختلاف بارش تجمعی شش ساعته پیش‌بینی و دیدبانی در هشت ایستگاه همدید استان بوشهر در 3DVAR نسبت به CTRL کاهش چشمگیری مشاهده شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Impact of Assimilation of Radar Data on the Simulation of Squall Line Event

نویسندگان [English]

  • mahnaz karimkhani 1
  • majid azadi 2
  • Amir Hussain Meshkatee 1
  • abbas ranjbarsaadatabadi 2
1 Department of Earth Science, Science and Research branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
2 Atmospheric Science and Meteorological Research Center, Tehran, Iran
چکیده [English]

Accurate prediction of squall lines that accompany thunderstorms is a challenging task. A squall line was recorded in Dayyer port station over the southwest of Iran in Bushehr province, on 19 Mar 2017. In this study, the properties associated with the mentioned squall line including the time of formation, growth and destruction of the convective cells in terms of intensity and vertical growth, as well as the associated precipitation and other meteorological features, are simulated using the WRF-ARW model with 3-dimensional variational (3DVAR) assimilation and control experiment (CTRL) for 18UTC 18 March 2017 with two domains of 27 and 9-km horizontal resolution. Radial winds and reflectivity of Bushehr Doppler Weather Radar (DWR) along with surface and upper-level observational synoptic data, are used to simulate the above mentioned squall line event with the aim of updating initial and boundary conditions through 3DVAR assimilation in WRF model. In order to verify the simulated properties associated with the squall line event, the horizontal wind speed, mean sea-level pressure, surface temperature and surface relative humidity, as well as time series of reflectivity and vertical growth in the squall line location on Bushehr DWR were compared with the corresponding observational data. To assess the performance of accumulated precipitation forecasts, the fraction skill score (FSS) curves are plotted for different rainfall thresholds 0.5, 5, 10 and 15 mm/day. In general, the results showed that the radar data assimilation has a significant effect on the simulation of the characteristics accompanied with the squall line event such that without data assimilation, the WRF model is not capable of simulating the squall line thoroughly. The results of 3DVAR simulation are also much closer to the observational data in predicting the features along the squall line. The absolute value of the mean errors in simulations with assimilation for surface horizontal wind speed, surface temperature, mean sea level pressure, and surface relative humidity were decreased by 27%, 7%, 18%, and 10%, respectively, compared to those without assimilation. The formation time and growth of convective cells, their horizontal distributions, vertical structure, and their destruction time in 3DVAR simulation are closer to the verifying observational data. The 3DVAR simulation also achieved significant success in predicting 6-h accumulated precipitation with a threshold value of above 10 mm. Also, the value of error in 3DVAR simulation in 6-h accumulated precipitation at synoptic stations in Bushehr province was decreased by 33%, compared to those without assimilation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Squall line
  • Dayyer Port
  • Data assimilation
  • Volume radar data