多普勒雷达资料具有很高的时空分辨率,可以解决目前中小尺度数值预报中资料分辨率不足的问题,因而近年来雷达资料在数值预报中的应用成为研究的热点。随着我国雷达网的建成,如何有效地将雷达资料应用到精细数值预报中,改善初始场,并提高我国中尺度暴雨预报的水平是一个值得深入研究的问题。 本文首先介绍了单多普勒雷达风场反演的扩展VAP方法,分析了反演风场的误差,设计了几种简单的质量控制方案,来提高反演风场的可靠性,利用雷达资料本身时间空间连续性进行的订正,可以较好地改善反演风场的质量。 然后,利用WRF三维变分系统进行了单点同化试验,初步检验了三维变分系统的可靠性和有效性以及背景场误差的特点,并对一个理想风暴个例进行了理想径向风资料直接同化试验。结果表明,WRF三维变分系统可以较好地从径向风资料中提取风场信息,但是较难恢复质量场信息。如果加入足够多次的径向风资料则可以很好地再现风暴的发展、分裂。同时发现根据理查逊方程得到的垂直速度增量对于雷达径向风同化有重要的作用,能够促进对流的发生。 最后,通过2003年7月一次江淮暴雨过程,讨论了雷达资料直接同化的预处理和观测误差的估计问题,进行了不同同化窗的直接同化和扩展VAP反演资料同化试验。初始增量场分析表明直接加入雷达径向风资料后,增加了初始风场的中小尺度信息,改善了垂直速度条件,并且在风场作用下水汽分布也得到改善,加入反演资料也能增加初始场的中小尺度信息,但是效果不如直接同化明显。降水量场分析显示无论直接同化还是反演同化都能改善降水的预报,但是直接同化好于反演同化,并且同化窗为5-6分钟的模拟效果好于同化窗为30分钟的。 通过本文的研究,验证了WRY三维变分系统的正确性及对雷达风场资料的同化能力,同时发现WRF 3DVAR系统计算成本小,易于实现,是一种适合业务和研究的方法。当然仍有如下问题值得改进和研究:背景场误差协方差应与模式、区域和分辨率协调一致;雷达资料的观测误差应进一步调整:三维变分的平衡方程不能满足风暴尺度的特点等。