### 多普勒雷达反射率调整模式大气的云微物理变量
#### 摘要与研究背景
本文探讨了一种简单但高效的云分析方案，该方案利用多普勒天气雷达反射率来反演中尺度大气模式初始场中的云微物理变量（如云水混合比、雨水混合比）和空气湿度变量（比如比湿）。这种方法使得模式积分初始场能够反映观测到的云微物理特征，并确定大气中哪些区域处于饱和状态。
#### 方法介绍
该方法应用于2004年6月中国安徽省马鞍山市的一次降水过程中进行的临近数值预报试验。结果显示，模式预报的大气综合反射率与实际雷达观测的回波图像高度吻合。同时，根据云微物理变量的变化，模拟出的模式云系演变也与雷达观测的回波图像保持一致。此外，伴随模拟出的中小尺度云系，模式大气能够迅速调整出合理的中小尺度流场辐散和辐合结构，这比没有引入雷达反射率数据时的结果显著更好。因此，这种方法对于提高临近数值天气预报的准确性是非常有效的。
#### 关键技术与应用
- **多普勒天气雷达反射率**：通过分析多普勒雷达的数据图、剖面图及显示原理，能够获取高分辨率的空间信息，这对于捕捉各种类型的中小尺度天气系统至关重要。
- **云微物理变量**：包括云水混合比、雨水混合比等参数，这些变量对于理解和模拟云系的发展至关重要。
- **临近预报**：指的是短期内（通常是几小时）的天气预报，对于预警灾害性天气事件具有重要意义。
#### 引言扩展
目前，中尺度大气模式（如MM5）被广泛应用于短期数值天气预报中，特别是在中国国家气象中心和各大区域气象中心。这些预报模型的初始条件通常依赖于大尺度模式提供的客观分析场和常规探空资料等。然而，这些资料的空间分辨率通常较高（数百公里），这意味着即使中尺度模式的水平网格分辨率可以设定为较为精细的几公里，但在初始时刻分辨中小尺度天气系统（如中尺度低压、飑线、雷暴单体等）的能力仍然有限，从而影响到这些中小尺度天气系统的准确预报。
近年来，随着多普勒天气雷达在中国的广泛应用，有关雷达观测资料的反演及其在数值天气预报中的应用研究逐渐兴起。例如，利用双多普勒雷达资料反演降水系统的三维风场可以较好地给出降水系统三维风场的中尺度结构。此外，还有研究通过多普勒天气雷达径向风资料反演三维风矢量的方法，并将其应用于数值预报模型中，以改善预报质量。
#### 实验案例分析
- **资料来源**：本研究使用的雷达反射率资料来自中国安徽省马鞍山市的多普勒天气雷达，在2004年6月的一个特定时间点（模式积分初始时刻）采集。雷达大约每5分钟完成一次立体扫描。
- **观测结果**：雷达观测显示，在模式积分初始时刻，主要的回波带位于雷达站西南方向约230至250公里处，最大回波强度达到45dBZ以上。
- **模式表现**：通过将雷达反射率数据纳入模式初始场，模式不仅能够准确再现观测到的雷达回波分布，还能合理地模拟出与观测一致的云系演变过程。更重要的是，这种方法能够帮助模式迅速调整出合理的中小尺度流场结构，显著提高了临近数值预报的准确性。
#### 结论与展望
利用多普勒雷达反射率调整中尺度大气模式的云微物理变量是一种有效的方法，它不仅能够改善模式对于云系的模拟效果，还能显著提高临近数值天气预报的准确性。随着更多高质量雷达资料的可用性和处理技术的进步，这一领域的研究将进一步拓展，为提升灾害性天气预警能力提供强有力的支持。
