项目简介

RAP/HRRR模式系统介绍

随着近年来数值天气预报（Numerical Weather Prediction, NWP）技术的快速发展，其在当前天气预报业务中也发挥着愈发重要的作用。当今社会对高影响天气越来越敏感，公众及高敏感行业对灾害性天气的精细化滚动预报的要求也越来越高。为了进一步满足当今社会精细化预报的实际要求及强天气短临预报预警的客观需要，相较于中尺度数值预报系统而言，具有更高分辨率、更快更新频率的快速更新循环预报系统应运而生。美国国家环境预报中心（National Centers for Environmental Prediction, NCEP）自1994年开始业务化运行快速更新同化预报系统（Rapid Update Cycle, RUC），该系统所提供的0～12h预报已成为航空气象、强对流灾害天气等主要的中尺度预报指导产品。RUC主要由同化和预报两个部分构成，通过高频次的资料同化吸收最新的实况观测信息，从而不断更新模式背景场，形成更准确的初始场并进行短期预报。自业务运行以来，RUC系统进行了多次改进与升级，新一代的快速循环同化更新预报系统（Rapid Refresh, RAP）以及高分辨率快速同化循环更新预报系统 (High-Resolution Rapid Refresh, HRRR)，于2012年正式开始业务化运行，并取代原来的RUC系统。该模式系统采用两层嵌套，外层为水平分辨率13km的RAP模式预报区域，内层覆盖面积更小的区域则为水平分辨率3km的HRRR模式预报区域（见图1）。

图1 RAP/HRRR模式系统预报范围示意图

其中，RAP逐小时循环且为HRRR提供初始场和边界条件，而HRRR则利用RAP提供的初始场和边界条件，通过同化最新的多源探测资料（如：雷达），提供覆盖重点关注区域的高分辨率短期（0-24小时）预报产品。整个系统的运行流程如图2所示。

图2 RAP/HRRR运行流程示意图

多普勒天气雷达介绍

多普勒天气雷达是一种主动遥感的探测工具，通过发射电磁波并接收气象目标物（雨滴、雪、冰晶等）散射的回波信号的方式来获得气象目标的强度和速度信息。图3即为雷达工作原理示意图。

图3 雷达工作原理示意图

由于多普勒天气雷达具有常规观测资料无可比拟的高时空分辨率，长期以来一直是强对流天气监测预警及短临预报的重要手段。如何利用雷达数据来改善模式初始场，从而提高临近预报和短期天气预报的准确率也一直是研究人员的关注重点和努力方向。近年来，随着资料同化技术和计算机技术的快速发展，在高分辨率数值模式中同化雷达资料的需求也就显得尤为迫切。