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伴随模式同化系统在修正模式误差中的应用研究

1引言数值天气预报(NWP)作为一种预报手段已经在天气预报中扮演着越来越重要的角色。目前,气象预报准确率的提高很大程度上依赖于数值天气预报水平的提高。而制约数值预报结果准确性进一步提高的关键因素有两个:一是预报模式对大气动力和物理过程的刻划和反映程度,即数值预报模式本身的准确程度,表明模式本身存在误差对预报的影响;二是观测资料对天气过程描述的精确程度,直接影响到用作模式积分的初始条件的好坏,表明初始场存在误差对预报的影响。Ledimet等[1]提出了四维伴随变分同化方法,使得资料的变分同化方法的研究进入了一个崭新的阶段。但是,资料误差和模式误差都可能影响四维变分同化的结果。传统的变分四维同化方法是在假设模式完全正确的前提下,利用动力模式提供的信息对初始场进行修正,而没有考虑模式误差对初始场的影响。实际上,在滤除初始场中部分误差的同时,一部分模式的误差也被吸收到初始场中。因此,在进行四维同化时,如何减小模式误差的影响是一个值得进一...  (本文共7页) 阅读全文>>

南京信息工程大学
南京信息工程大学

MM5伴随模式同化系统在修正模式地形参数中的应用研究

资料误差和模式误差都是制约数值预报结果准确性提高的关键因素,传统四维资料同化都是假设模式完全正确仅对初始资料进行修正,忽略了模式误差本身造成的预报误差。伴随模式同化系统不仅具有修正资料误差的能力,也可应用于修正模式误差方面的研究。本文简要介绍了四维变分伴随方法、伴随模式同化系统的构造以及利用伴随模式同化系统反演模式地形参数的原理。针对不同研究区域,选取不同个例,将多种非常规卫星产品资料用于MM5伴随同化系统修正模式地形参数进行试验性研究。试验表明,该方法能够反演出一个既与初始气象要素场相匹配,又与模式更协调的地形场,得到比一般包络地形更好的效果,改善模式对降水的预报。同时,将直接同化非常规资料用于模式预报和将修正后的模式地形用于模式预报的对比试验说明,非常规资料的加入能够改善模式的模拟效果,但其对模式预报的影响具有不确定性,而经过修正后的地形对改进模式预报的正效应却是相对稳定的。最后,结合集合预报技术,采用简单平均和可信度法得两...  (本文共69页) 本文目录 | 阅读全文>>

《气象科技进展》2015年06期
气象科技进展

浙江省快速更新同化系统的建立与检验评估

0 引言随着气象观测手段和计算机技术的不断改进,如何充分、有效地利用各种常规、非常规观测资料来形成较为准确的模式初值场,已经成为进一步提高数值预报水平的关键问题,资料同化(Data Assimilation)和快速更新同化系统(Rapid Refresh System,RRS)的研究已经成为数值预报领域内的研究热点。快速更新同化系统是在高分辨率数值模式的基础上,采用高频次更新的同化分析吸收密集的观(遥)测资料,为数值模式提供高质量的初始场实现精细数值预报。RRS以前一时次的(依据更新周期)预报为背景场,通过资料同化模块不断地吸收最新的观测资料来修正背景场,形成预报初始场进行短临预报。美国快速更新同化预报系统(RUC/RAP)引入高时间密度观测资料实时运行,可以有效地提高初值质量,通过试验也表明了快速更新的预报系统非常适用于短时临近预报[1-3]。在国内,快速更新同化系统研究和应用上也取得了一定的进展:北京[4]、上海[5]、广东...  (本文共7页) 阅读全文>>

国防科学技术大学
国防科学技术大学

气象资料变分同化的研究与并行计算实现

初值的优劣是决定数值预报效果的关键之一,利用气象观测得到初值的资料同化技术在数值天气预报技术研究中占有重要地位。随着遥感探测技术的发展,大气观测正在由常规探空观测为主发展到以卫星、雷达等非常规遥感观测为主的时代。由于非常规遥感资料观测要素与模式预报要素之间存在着复杂的非线性关系,这为资料同化带来了技术上的困难。为了充分有效地利用非常规观测资料,需要研究开发能够有效处理这种复杂非线性关系的资料变分同化技术。变分同化将资料处理问题描述为以动力模式为约束的极小化问题,它利用最优控制原理,通过调整控制变量,使得在指定的时间窗口内由控制变量得到的模式预报结果与实际观测资料之间的偏差达到最小。变分同化将不同时刻、不同地区、不同性质的气象观测资料,包括以前客观分析方法中很难应用的卫星、雷达等非常规观测资料作为一个整体同时进行考虑,从而得到满足协调性要求的、相对比较合理的初始场。本文针对第二代军用中期数值天气预报业务系统建设的需要,全面、系统、...  (本文共214页) 本文目录 | 阅读全文>>

南京信息工程大学
南京信息工程大学

CESM-EnSRF同化系统性能检验及不同集合成员生成方法对同化效果的影响

臭氧(O3)与甲烷(CH4)皆是大气中重要的微量气体,对全球气候变化有着重要的影响。另外我国即将发射的FY3-E卫星可实现全球大气成分廓线的探测,为了支持该资料在气候模式中的应用,构建可对观测资料快速反应的同化系统是有必要的。本文结合已构建的CESM-EnSRF同化系统,对系统中的部分模块进行了调整,使其可以同时将大气红外探测器(AIRS)臭氧与甲烷观测资料同化到气候模式中,并设计了同化窗口为6h共十次的循环同化试验,对调整后的CESM-EnSRF同化系统的性能进行了系统的测试与评估。此外,由于集合同化过程中背景误差协方差的估计是利用一组集合成员来计算的,因此,CESM-EnSRF同化系统性能的优劣很大程度上取决于集合成员的优劣,因此本文针对不同集合成员生成方法在同化过程中的效果进行了研究,对比了原方法蒙特卡罗随机扰动方法与时间滞后平均方法、增长模繁殖方法及条件非线性最优扰动方法生成的集合成员在同化过程中的表现,臭氧由于其重要的...  (本文共61页) 本文目录 | 阅读全文>>

西北师范大学
西北师范大学

数据同化系统的误差处理方法研究

随着人类对环境认识水平的不断提高,越来越多的地球观测数据正有序合理地被分析和利用。数据同化方法作为融合模型信息与观测信息的有力纽带,近年来在地球科学中得到了迅速发展,目前无论是在理论方法的研究还是在实用同化系统的构建方面都取得了重要的研究进展。然而,数据同化系统中的误差问题一直是制约数据同化系统发展的瓶颈,如何合理、有效地减少数据同化系统的不确定性问题,已成为发展数据同化方法所必须面临的问题。在实际的同化系统中,如果没有对误差进行处理,或者是处理得不好,在同化过程中就比较容易造成模型预报大幅度偏离观测数据的问题,产生滤波发散现象,最终导致同化系统不稳定。针对数据同化系统的误差问题,本文主要做了以下研究工作:(1)分析了顺序数据同化方法和连续数据同化方法中的误差机理及来源,对两种方法中的误差问题进行了比较。简要概述了模型误差和观测误差的估计过程,针对集合数据同化中的误差处理方法进行了综述,简要罗列了几种具有代表性的误差处理方法。(...  (本文共53页) 本文目录 | 阅读全文>>

南京气象学院
南京气象学院

伴随模式同化系统的设计及其应用研究

四维伴随模式变分同化方法作为一种提高数值天气预报的有效方法受到了很多国内外专家的关注。本文详细地介绍了构造伴随模式的基本方法—伴随码技术以及伴随模式中权重、尺度因子、下降算法的选取,并将用伴随码技术构造的MM5伴随模式同化系统用于资料同化试验。以1998年6月18日00时至19日00时发生在长江流域的暴雨过程为例,加入常规观测场进行同化。试验表明,MM5伴随模式同化系统能有效改善初始场,它能极大地提高模式对各气象要素场和降水的预报效果。在此基础上,进一步研究了伴随模式系统的应用。将MM5伴随模式同化系统改进应用于修正模式地形场。通过对不同初始地形的修正试验表明,MM5伴随模式同化系统能很好地对地形误差进行修正。它能够反演出与初始气象要素场分辨率相匹配、与模式更协调的地形场。这为伴随模式同化系统的更广泛应用提供了一种新的思路。  (本文共73页) 本文目录 | 阅读全文>>