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雷达资料同化与提高模式水平分辨率对短时预报影响的数值对比试验 被引量:56
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作者 盛春岩 薛德强 +1 位作者 雷霆 高守亭 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第3期293-307,i0001,共16页
为对比雷达资料同化与提高模式水平分辨率对短时数值预报的影响,利用美国Oklahoma大学风暴分析和预测中心开发的ARPS(The Advanced Regional Prediction System)模式及其资料分析系统ADAS(ARPS Data AnalysisSystem),对一次华北暴雨过... 为对比雷达资料同化与提高模式水平分辨率对短时数值预报的影响,利用美国Oklahoma大学风暴分析和预测中心开发的ARPS(The Advanced Regional Prediction System)模式及其资料分析系统ADAS(ARPS Data AnalysisSystem),对一次华北暴雨过程进行了18,15,9,6,3 km 5种不同水平分辨率的数值对比试验,并对比了使用雷达资料进行云分析时5种分辨率的模拟结果,结果表明,仅使用常规观测资料的情况下,通过提高模式水平分辨率,可以改进6 h内的短时预报,模拟的锋面结构更为细致,降水尤其是强降水预报评分提高了。而使用雷达资料改进模式初始场后,能明显改进模式6 h内的预报尤其是降水强度和落区预报,使得18 km上使用雷达资料同化的预报结果好于3 km不使用雷达资料同化的结果,表明雷达资料同化比单纯提高模式水平分辨率更为有效。不同分辨率上使用雷达资料同化的对比发现,对于40 mm以下的一般性降水,从18—3 km的模拟结果差别不大,而对于强降水,仍然需要提高模式的水平分辨率。但无论初始场是否使用雷达资料同化,但当分辨率由6 km提高到3 km时,模拟结果无明显改进,因此,提高模式分辨率有一定的限度,而在适当提高模式分辨率的同时使用雷达资料同化改进模式初始场,则是提高模式短时预报的一个非常有效的途径。 展开更多
关键词 雷达资料同化 提高模式分辨率 对比试验 短时预报
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雷达资料同化在局地强对流预报中的应用 被引量:24
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作者 薛谌彬 陈娴 +2 位作者 吴俞 徐星生 高勇 《大气科学》 CSCD 北大核心 2017年第4期673-690,共18页
采用ARPS模式的资料分析系统ADAS同化多普勒雷达径向速度和反射率因子资料,分析两者对初始场的改进作用,并应用于WRF中尺度模式中对2012年8月21日江西省一次局地强对流过程进行了模拟试验。分析结果表明:(1)ADAS同化系统能够利用雷达径... 采用ARPS模式的资料分析系统ADAS同化多普勒雷达径向速度和反射率因子资料,分析两者对初始场的改进作用,并应用于WRF中尺度模式中对2012年8月21日江西省一次局地强对流过程进行了模拟试验。分析结果表明:(1)ADAS同化系统能够利用雷达径向速度和反射率因子资料有效增加初始场中的中小尺度风场信息和云、水物质含量,并通过湿绝热或非绝热初始化对温度场、湿度场和风场进行调整,使初始场在动力和热力上达到平衡。(2)同化径向速度后对改善模式初始场的动力场有重要贡献,而对大气水凝物和降水的预报影响较小;同化反射率因子的主要作用是调整初始场中的水凝物场和热力场,有效缩短了模式的"spin-up"时间,明显改进了定量降水预报;同时同化雷达径向速度和反射率因子后,初始场中快速调整出了中小尺度风场水平辐合、垂直运动以及合理的温、湿分布,对3小时内雨带形状、降水落区及定量降水的预报与实况更接近。(3)模拟试验表明,同时同化径向速度和反射率因子能成功模拟出本次对流单体风暴的中?尺度三维空间分布结构及其演变过程,中低层切变线的辐合抬升强迫作用是对流单体风暴组织、发展和维持的主要动力机制之一,对流凝结潜热加热在对流单体风暴的发生发展中发挥了重要作用。因此,雷达资料同化对提高临近数值天气预报的准确率以及对强对流天气系统的模拟能力具有重要意义。 展开更多
关键词 雷达资料同化 ARPS模式 强对流 数值模拟
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利用多普勒天气雷达资料对一次暴雨过程的同化模拟 被引量:23
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作者 杨艳蓉 王振会 张沛源 《南京气象学院学报》 CSCD 北大核心 2008年第5期633-639,共7页
以CAPS(Center for Analysis and Prediction of Storm)研发的ARPS模式(The Advanced RegionalPrediction System V5.2.4)为基础,结合我国多普勒雷达资料,模拟2001年7月13日安徽省的一次暴雨过程,采用3DVAR(3-dimensional variational d... 以CAPS(Center for Analysis and Prediction of Storm)研发的ARPS模式(The Advanced RegionalPrediction System V5.2.4)为基础,结合我国多普勒雷达资料,模拟2001年7月13日安徽省的一次暴雨过程,采用3DVAR(3-dimensional variational data assimilation)同化方法,做多时次同化雷达资料试验,前一时次模拟的结果作为下一时次的初始场,不断调整。结果表明,加入雷达资料后的风场、湿度场等都有明显调整,可以明显提高3 h降水模拟效果;同化的雷达时次越多,对上述各要素场和降水的模拟与实际观测的对应效果越好。 展开更多
关键词 雷达资料同化 降水模拟 同化次数
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多普勒雷达资料同化对江苏一次飑线过程的数值模拟 被引量:20
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作者 闵锦忠 王修莹 +1 位作者 沈菲菲 周北平 《气象科学》 北大核心 2015年第3期248-257,共10页
应用新一代中尺度预报模式WRF模式及其3DVar同化系统,针对江苏地区2009年6月14日飑线过程进行了多普勒雷达资料的同化试验研究,在对雷达资料进行严格质量控制的基础上,设计一系列尺度化因子优化调整及同化频率的敏感性试验。试验结果表... 应用新一代中尺度预报模式WRF模式及其3DVar同化系统,针对江苏地区2009年6月14日飑线过程进行了多普勒雷达资料的同化试验研究,在对雷达资料进行严格质量控制的基础上,设计一系列尺度化因子优化调整及同化频率的敏感性试验。试验结果表明:同化后初始场得到不同程度改善,适当的尺度化因子设定,能够有效改进对模式初始场中700 h Pa风场和850 h Pa温度场以及组合反射率因子等要素的分析,进而改善短时降水预报和风暴的垂直结构配置;并且同化频率越高,对初始场的组合反射率因子分布与观测更为接近,短时降水预报越准确。 展开更多
关键词 雷达资料同化 尺度化因子 同化频率 飑线
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雷达资料在登陆台风“桑美”数值模拟中的应用 被引量:19
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作者 施丽娟 许小峰 +2 位作者 李柏 杨洪平 许凤雯 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2009年第3期257-266,共10页
将国内多普勒天气雷达的反射率因子及径向风资料引入ARPS-3DVar同化系统进行同化,针对2006年登陆浙江苍南并造成严重影响的超强台风"桑美",探讨多普勒雷达资料同化对台风模拟初始场和预报场的改进作用。结果表明:利用ARPS-3D... 将国内多普勒天气雷达的反射率因子及径向风资料引入ARPS-3DVar同化系统进行同化,针对2006年登陆浙江苍南并造成严重影响的超强台风"桑美",探讨多普勒雷达资料同化对台风模拟初始场和预报场的改进作用。结果表明:利用ARPS-3DVar同化雷达资料可以明显改善6 h同化窗口内的降水、风场和回波结构,并能提高模式对中尺度雨团位置、强度的模拟能力;雷达资料初始场同化后模拟的台风涡旋和台风眼结构与位置更加接近实况,各物理量空间分布结构更具有明显中尺度特征,从而改善了台风路径和降水的预报。但模拟过程中台风强度模拟偏弱,有待进一步改进。 展开更多
关键词 ARPS模式 雷达资料 三维变分同化 初始场 登陆台风
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集合卡尔曼滤波同化多普勒雷达资料的观测系统模拟试验 被引量:16
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作者 秦琰琰 龚建东 李泽椿 《气象》 CSCD 北大核心 2012年第5期513-525,共13页
本文将集合卡尔曼滤波同化技术应用到对流尺度系统中,实施了基于WRF模式的同化单部多普勒雷达径向风和反射率因子的观测系统模拟试验,验证了其在对流尺度中应用的可行性和有效性,并对同化系统的特性进行了探讨。试验表明:WRF-EnKF雷达... 本文将集合卡尔曼滤波同化技术应用到对流尺度系统中,实施了基于WRF模式的同化单部多普勒雷达径向风和反射率因子的观测系统模拟试验,验证了其在对流尺度中应用的可行性和有效性,并对同化系统的特性进行了探讨。试验表明:WRF-EnKF雷达资料同化系统能较准确分析模式风暴的流场、热力场、微物理量场的细致特征;几乎所有变量的预报和分析误差经过同化循环后都能显著下降,同化分析基本上能使预报场在各层上都有所改进,对预报场误差较大层次的更正更为显著;约8个同化循环后,EnKF能在雷达反射率、径向风观测与背景场间建立较可靠的相关关系,使模式各变量场能被准确分析更新,背景场误差协方差在水平方向和垂直方向都有着复杂的结构,是高度非均匀、各项异性和流依赖的;集合平均分析场做的确定性预报在短时间内能较好保持真值场风暴的细节结构,但预报误差增长较快。 展开更多
关键词 集合卡尔曼滤波 雷达资料同化 背景场误差 观测系统模拟试验(OSSE)
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雷达资料同化对一次浙江初春罕见飑线过程数值模拟的影响分析 被引量:12
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作者 陈锋 董美莹 +1 位作者 苏涛 冀春晓 《气象》 CSCD 北大核心 2020年第4期462-477,共16页
以2018年3月4日影响浙江的初春罕见飑线过程为例,利用WRF模式与GSI-3DVar同化系统开展了雷达资料同化对重大强对流天气的影响研究,分析了雷达资料同化对此次飑线过程的模拟改进作用和可能影响过程,对比了雷达反射率因子和雷达径向速度... 以2018年3月4日影响浙江的初春罕见飑线过程为例,利用WRF模式与GSI-3DVar同化系统开展了雷达资料同化对重大强对流天气的影响研究,分析了雷达资料同化对此次飑线过程的模拟改进作用和可能影响过程,对比了雷达反射率因子和雷达径向速度的同化效果,探讨了不同数量和位置的雷达资料同化对模拟效果的影响。结果表明:雷达资料(尤其是反射率因子)同化有效改善了飑线边界层特征的模拟,从而改进了模式对飑线过程中组合反射率因子、降水、大风等发展演变的模拟效果。雷达反射率因子同化通过直接调整水凝物质含量,修正风暴中降水模拟及由此引起的蒸发冷却,形成更接近实况的强冷池,进而产生了比雷达径向速度同化更大的正贡献。相对于同化非关键区域的雷达资料,同化飑线过程上游关键区域的雷达观测所包含的重要中小尺度信息,对飑线过程模拟效果提升更为重要。 展开更多
关键词 雷达资料同化 飑线 数值模拟
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三维变分同化雷达视风速的改进方案及其数值试验 被引量:11
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作者 高郁东 万齐林 何金海 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第4期631-643,共13页
用雨滴末速度改进了万齐林等2005年提出的一种直接同化多普勒雷达径向风和回波强度时空变化所包含的风场信息——视风速的变分同化方法。通过理论推导和尺度分析发现,中尺度系统中雨滴末速度具有较大的量级,故该项在雷达回波守恒方程中... 用雨滴末速度改进了万齐林等2005年提出的一种直接同化多普勒雷达径向风和回波强度时空变化所包含的风场信息——视风速的变分同化方法。通过理论推导和尺度分析发现,中尺度系统中雨滴末速度具有较大的量级,故该项在雷达回波守恒方程中起着重要作用。在原方案的基础上考虑雨滴末速度的影响,可以避免云团的局地增长作用对视风速的干扰,视风速能更准确地表示雷达回波的平流信息。台风"风神"的雷达观测资料分析表明,改进方案计算的视风速分布紧密、有规则,能较好地表现台风云系内的中尺度辐合辐散结构。运用中国气象科学研究院研发的三维变分同化系统(GRAPES-3D-Var)进行了一组模拟观测试验表明,改进方案的水平风场增量和位势高度增量都与模拟观测减自由积分的差值场相似,呈偶极型环流,径向风的垂直变化也得到明显改进。改进的视风速与径向风共同反演出的大气水平风场更准确。原方案的模拟观测试验则不能表现出以上特征。使用改进方案同化广州雷达观测资料后,敏感性试验的初始场中台风的中心位置与实况观测更接近,初始风场的气旋性环流更明显。敏感性试验模拟的6h降水分布与实况观测更相似,降水中心强度较小,但优于控制试验。 展开更多
关键词 雨滴末速度 雷达资料同化 改进方案
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基于雷达资料同化的2003年7月一次暴雨过程的数值模拟及分析 被引量:11
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作者 徐广阔 孙建华 赵思雄 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2009年第4期427-434,共8页
利用我国CINRAD/SA多普勒雷达资料与中尺度模式ARPS的资料分析系统ADAS,对初始场进行调整,然后利用高分辨率的中尺度模式WRF对2003年7月4—5日的暴雨过程进行了数值模拟,在模拟结果可信的前提下,对暴雨过程中的中尺度对流系统(MCS)的结... 利用我国CINRAD/SA多普勒雷达资料与中尺度模式ARPS的资料分析系统ADAS,对初始场进行调整,然后利用高分辨率的中尺度模式WRF对2003年7月4—5日的暴雨过程进行了数值模拟,在模拟结果可信的前提下,对暴雨过程中的中尺度对流系统(MCS)的结构及演变过程进行了分析。表明:多普勒雷达资料有助于提高暴雨模拟的精确度,利用其对中尺度系统进行高分辨率数值模拟,可以进一步认识中尺度系统的细致结构及演变情况;在中-β对流系统发展的过程中,大尺度环境场的有利条件可以对其发展起到促进作用,但具有中尺度特征的水汽条件、上升运动等因素也会起到关键的作用;中-β对流系统中可以同时有一支或多支的上升气流支出现,与降水有密切关系;2003年7月4—5日的两个中-β对流系统在发展过程中有从低空向高空移动的现象,即在发展初期,系统的中心位于低空,而在其旺盛时期则移至高空。 展开更多
关键词 雷达资料同化 数值模拟 中尺度对流系统 演变过程
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雷达资料同化对2016年6月23日阜宁龙卷模拟的改进 被引量:10
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作者 陈锋 董美莹 +1 位作者 冀春晓 梁旭东 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期405-426,共22页
基于GSI(Community Gridpoint Statistical Interpolation)同化系统和WRF(Weather Research and Forecasting)模式,探讨了多部多普勒雷达的反射率因子和径向速度资料同化对2016年6月23日江苏阜宁龙卷模拟的改进效果和影响过程。结果表明... 基于GSI(Community Gridpoint Statistical Interpolation)同化系统和WRF(Weather Research and Forecasting)模式,探讨了多部多普勒雷达的反射率因子和径向速度资料同化对2016年6月23日江苏阜宁龙卷模拟的改进效果和影响过程。结果表明:(1)仅同化雷达反射率因子和仅同化径向速度均能在一定程度上改进模式对阜宁龙卷及其环境场的模拟,且雷达径向速度同化的改进作用更大;同时同化两种资料改进效果最佳。(2)雷达反射率因子同化是利用复杂云分析技术,直接修正了水凝物含量,增加了潜热释放,对低层大气热力场进行了正温度扰动调整,从而主要改进了初始场的水汽条件和热力条件;而雷达径向速度同化通过三维变分技术直接修正了风场,进而引起水汽输送变化影响水凝物的调整和大气热力场的变化,对初始场的动力条件和热力条件修正较大;同时同化两种资料修正了初始场的动力和热力结构,保证了两者物理上的协调,综合了两者的改进作用,从而取得最佳模拟效果。(3)同时同化雷达反射率因子和径向速度后,模式在阜宁附近模拟出了明显的涡旋结构,尽管涡旋强度和龙卷结构与实况仍有一定差距,但涡旋发生发展过程、路径、地面小时极大风和降水等模拟与实况吻合度均明显高于对照试验。 展开更多
关键词 雷达资料同化 龙卷 数值模拟
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Impact of the Assimilation Frequency of Radar Data with the ARPS 3DVar and Cloud Analysis System on Forecasts of a Squall Line in Southern China 被引量:6
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作者 Yujie PAN Mingjun WANG 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2019年第2期160-172,共13页
Assimilation configurations have significant impacts on analysis results and subsequent forecasts. A squall line system that occurred on 23 April 2007 over southern China was used to investigate the impacts of the dat... Assimilation configurations have significant impacts on analysis results and subsequent forecasts. A squall line system that occurred on 23 April 2007 over southern China was used to investigate the impacts of the data assimilation frequency of radar data on analyses and forecasts. A three-dimensional variational system was used to assimilate radial velocity data,and a cloud analysis system was used for reflectivity assimilation with a 2-h assimilation window covering the initial stage of the squall line. Two operators of radar reflectivity for cloud analyses corresponding to single-and double-moment schemes were used. In this study, we examined the sensitivity of assimilation frequency using 10-, 20-, 30-, and 60-min assimilation intervals. The results showed that analysis fields were not consistent with model dynamics and microphysics in general;thus, model states, including dynamic and microphysical variables, required approximately 20 min to reach a new balance after data assimilation in all experiments. Moreover, a 20-min data assimilation interval generally produced better forecasts for both single-and double-moment schemes in terms of equitable threat and bias scores. We conclude that a higher data assimilation frequency can produce a more intense cold pool and rear inflow jets but does not necessarily lead to a better forecast. 展开更多
关键词 CLOUD analysis radar data assimilation data assimilation INTERVAL
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集合方根滤波同化多普勒雷达资料在一次飑线过程中的应用研究 被引量:8
12
作者 秦琰琰 龚建东 +1 位作者 李泽椿 盛日锋 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期133-151,共19页
针对2005年7月12日发生在山东省中西部地区的一次飑线天气过程,采用集合方根滤波方法开展基于WRF模式的多普勒雷达资料的同化应用试验,考察了此同化系统对实际雷达资料的同化效果。主要结论如下:(1)集合方根滤波同化系统能有效同化实际... 针对2005年7月12日发生在山东省中西部地区的一次飑线天气过程,采用集合方根滤波方法开展基于WRF模式的多普勒雷达资料的同化应用试验,考察了此同化系统对实际雷达资料的同化效果。主要结论如下:(1)集合方根滤波同化系统能有效同化实际雷达资料,雷达资料的加入增加了模式的中小尺度信息,使分析场得到了显著改善,有效缩短了模式起转时间,改进了对地面降水的预报。(2)利用三次同化分析后的集合平均分析场进行的确定性预报表明,与控制试验相比,同化后分析场能更准确地预报飑线系统的微物理量场,预报的流场结构符合风暴的动力特征,动力场和热力场的分布与配置也基本合理。(3)集合平均分析场对飑线系统传播方向的预报与实况一致,但预报的系统传播速度较实况快,由于对流系统的非线性发展迅速,对系统的预报时效为5—6 h。 展开更多
关键词 雷达资料同化 集合方根滤波 飑线
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多普勒雷达资料同化对山东“4·28”飑线过程的数值模拟 被引量:7
13
作者 盛春岩 房岩松 +2 位作者 黄磊 吕庆利 杨晓霞 《安徽农业科学》 CAS 北大核心 2009年第26期12641-12649,共9页
利用美国俄克拉何马大学风暴分析和预测中心开发的中尺度ARPS模式及其资料分析和同化系统ADAS,将山东省济南齐河、临沂和连云港3部多普勒雷达基数据资料同化进ARPS模式中,对山东“4·28”飑线过程进行了数值对比试验。结果发现,... 利用美国俄克拉何马大学风暴分析和预测中心开发的中尺度ARPS模式及其资料分析和同化系统ADAS,将山东省济南齐河、临沂和连云港3部多普勒雷达基数据资料同化进ARPS模式中,对山东“4·28”飑线过程进行了数值对比试验。结果发现,模式采用热启动的方式可以模拟出此次飑线过程,对飑线造成的降水的强度和落区预报也较好。雷达资料同化对飑线地面中尺度系统的模拟有明显的改进作用,尤其是在前2~3h效果非常明显,使模拟的地面雷暴高压和风场更接近实况。使用雷达资料进行同化循环,连续地将多部多普勒雷达资料同化到数值模式中,可以明显改进对飑线系统结构的模拟,较初始时刻同化雷达资料对飑线的模拟效果更好。因此,使用雷达资料进行快速分析和同化进行强对流天气预报是可行的,但模拟的降水偏强,这与雷达资料同化对于大范围暴雨预报的改进作用是不同的。 展开更多
关键词 飑线 雷达资料同化 数值对比试验
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雷达观测对应模式变量非线性特征及对四维变分同化的影响 被引量:6
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作者 陈耀登 陈海琴 +2 位作者 孙娟珍 ZHANG Ying WANG Hong-li 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2018年第6期721-732,共12页
四维变分同化(4DVar)中切线性模式和伴随模式的时间积分长度即为同化时间窗的长度。为理解线性模式时间积分长度对4DVar的具体影响,在雷达观测对应变量非线性分析的基础上,进行了一系列不同时间窗(10 min、20 min和30 min)4DVar单点观... 四维变分同化(4DVar)中切线性模式和伴随模式的时间积分长度即为同化时间窗的长度。为理解线性模式时间积分长度对4DVar的具体影响,在雷达观测对应变量非线性分析的基础上,进行了一系列不同时间窗(10 min、20 min和30 min)4DVar单点观测试验和一次降雨的实际雷达同化和预报试验。从径向风同化来看:短时间窗(10 min)的风场增量更大、更局地;长时间窗(20 min、30 min)的风场增量则更具系统性特征,但会丢失一些小尺度信息,导致暴雨预报能力降低。从反射率同化来看:短时间窗对6 h内强降水预报有较明显的改善,较长时间窗甚至会降低降水预报效果。研究旨在为合理设置4DVar的同化时间窗提供参考,以有效利用高时空分辨率的雷达观测资料,又尽量减小线性化造成的误差,进而快速有效地同化雷达信息。 展开更多
关键词 四维变分 雷达资料同化 非线性 径向风 反射率
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EnKF局地化算法对雷达资料同化的影响研究 被引量:6
15
作者 高士博 闵锦忠 黄丹莲 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2016年第5期633-642,共10页
分级集合滤波(Hierarchical Ensemble Filter,HEF)和采样误差修正(Sampling Error Correction,SEC)局地化算法能够使采样误差取得极小值,且不需要给出距离的定义。为了检验其理论优势,基于集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filter,EnKF)... 分级集合滤波(Hierarchical Ensemble Filter,HEF)和采样误差修正(Sampling Error Correction,SEC)局地化算法能够使采样误差取得极小值,且不需要给出距离的定义。为了检验其理论优势,基于集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filter,EnKF)方法同化模拟雷达资料,通过与Gaspari-Cohn(GC)局地化算法对比,分析不同局地化算法对EnKF同化效果的影响。结果表明,HEF和SEC局地化算法的雷达回波在水平和垂直方向上均强于GC局地化算法。HEF局地化算法各个变量的离散度最高,均方根误差最低;SEC局地化算法离散度略低,均方根误差略高;GC局地化算法离散度最低,均方根误差最高。相比于GC局地化算法,HEF和SEC局地化算法的冷池强度减弱,面积减小,下沉气流的速度和范围增大,雹霰混合比的大小和覆盖面积增大。通过模拟发现,HEF局地化算法模拟的北侧对流中心最强,SEC局地化算法模拟的南侧对流中心最强,且模拟出(40 km,60 km)处的强对流中心。HEF局地化算法模拟的冷池强度最强,HEF和SEC局地化算法基本上模拟出北侧的雹霰混合比高值区。这表明HEF局地化算法有效地改进了基于GC局地化算法的EnKF雷达资料同化效果,SEC局地化算法减小了计算量,是HEF局地化算法较好的近似。 展开更多
关键词 集合卡尔曼滤波 雷达资料同化 HEF局地化算法 SEC局地化算法 GC局地化算法
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改进的雷达资料同化方案在梅雨期暴雨预报中的应用 被引量:6
16
作者 彭菊香 谢元富 +1 位作者 康兆萍 李红莉 《高原气象》 CSCD 北大核心 2020年第5期1007-1022,共16页
雷达资料同化对提高数值天气预报准确率具有重要意义。针对2016年7月5-6日武汉一次梅雨期暴雨过程,采用改进的雷达资料同化方案STMAS(Space and Time Multiscale Analysis System)同化雷达径向速度和反射率因子。通过与LAPS(Local Analy... 雷达资料同化对提高数值天气预报准确率具有重要意义。针对2016年7月5-6日武汉一次梅雨期暴雨过程,采用改进的雷达资料同化方案STMAS(Space and Time Multiscale Analysis System)同化雷达径向速度和反射率因子。通过与LAPS(Local Analysis and Prediction System)方案的结果对比初始动力场、水汽条件、热力场、预报天气形势、降水和雷达回波等的差异,并着重分析了STMAS方案对初始场及降水预报的改进及其原因。结果表明:(1)同化雷达径向速度时,STMAS方案在三维变分基础上引入连续方程做强约束条件,对初始场中动力场改善效果较为明显。(2)同化雷达反射率因子时,STMAS方案增加利用雷达回波直接调整湿度步骤,强迫雷达回波高于阈值区域饱和,使得初始场的水汽条件更加充沛,对流不稳定能量更大。(3)由于STMAS方案初始场的改善,使得预报场中高低空天气系统配置较好,最终使得预报的雨带和强降水落区在位置和强度上更接近实况,其中100 mm以上强降水预报能力尤为突出。 展开更多
关键词 雷达资料同化 STMAS同化系统 梅雨期暴雨
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基于NLS-4DVar方法的雷达资料同化及其在暴雨预报中的应用 被引量:3
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作者 张斌 田向军 +1 位作者 张立凤 孙建华 《大气科学》 CSCD 北大核心 2017年第2期321-332,共12页
在基于本征正交分解POD(Proper Orthogonal Decomposition)的集合四维变分同化方法(POD4DEn Var)建立的雷达资料同化系统(PRAS)的基础上,本文利用非线性最小二乘法的集合四维变分同化方法(NLS-4DVar)对PRAS进行改进,解决PRAS在高度非线... 在基于本征正交分解POD(Proper Orthogonal Decomposition)的集合四维变分同化方法(POD4DEn Var)建立的雷达资料同化系统(PRAS)的基础上,本文利用非线性最小二乘法的集合四维变分同化方法(NLS-4DVar)对PRAS进行改进,解决PRAS在高度非线性情况下的适应性问题,建立了新的雷达资料同化系统(NRAS)。通过观测系统模拟试验OSSEs(Observing System Simulation Experiments)和两次实际暴雨同化试验(2010年7月8日,中国中部地区;2014年3月30日,中国华南地区)对NRAS进行检验,并与PRAS的同化结果进行了对比。结果表明:无论是OSSEs还是实际雷达资料的同化,相对于PRAS,NRAS能够进一步提高同化效果。通过增加迭代的次数,NRAS能够有效地调整初始场的风场和水汽场,进一步提高了降水强度和位置的预报精度。但随着迭代次数的增加,对初始场的调整变小,进而对降水预报效果的改进也减小。试验结果表明NRAS能够有效解决PRAS在高度非线性情况下的应用问题,通过有限次数的迭代,即可得到近似收敛的结果。因而NRAS有望在数值预报中更有效地同化雷达资料,提高中小尺度天气的预报水平。 展开更多
关键词 雷达资料同化 PRAS资料同化系统 NLS-4DVar同化方法 NRAS资料同化系统 降水
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雷达资料在一次大范围冰雹天气过程中的同化试验分析 被引量:4
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作者 张小娟 张诚忠 +2 位作者 齐大鹏 黄钰 朱文达 《气象》 CSCD 北大核心 2022年第1期61-72,共12页
基于华南区域高分辨率数值模式,采用牛顿连续松弛逼近法(nudging)同化C波段多普勒雷达反射率资料,针对2018年4月2日贵州一次大范围冰雹天气过程进行了数值模拟试验。分析结果表明:在模式中进行雷达反射率因子信息nudging同化后,调整了... 基于华南区域高分辨率数值模式,采用牛顿连续松弛逼近法(nudging)同化C波段多普勒雷达反射率资料,针对2018年4月2日贵州一次大范围冰雹天气过程进行了数值模拟试验。分析结果表明:在模式中进行雷达反射率因子信息nudging同化后,调整了分析场中的水凝物信息和热力场结构,对流层中层的雨水和冰相粒子含量均增加,水凝物潜热释放加热了云体,对大气热力场进行了正温度扰动调整,这种正温度扰动在维持对流发展过程中起重要作用;通过云分析系统反演云微物理量,并nudging同化到模式中后,对雹云发展演变、雹云生命史、雹云强度都有明显改进,并促进了云中云水向冰相粒子的转化过程,同时对降水预报效果改善也有明显贡献。雷达反射率因子同化对冰雹云天气系统的预报能力有重要意义,为冰雹云的临近预报提供重要参考。 展开更多
关键词 雷达资料同化 云分析 数值模拟 冰雹 nudging
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CMA-BJ 2.0版逐时快速更新追赶循环同化预报系统研发及应用Ⅰ:资料同化及系统构建
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作者 陈敏 仲跻芹 +5 位作者 卢冰 童文雪 冯琎 张舒婷 黄向宇 范水勇 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期911-925,共15页
介绍了CMA-BJ 2.0版区域逐时快速更新循环同化分析及短时预报业务系统在逐时更新循环和资料同化方面的关键技术特点。该系统采用分析增量更新作为初始化方案,有效抑制了初始噪声累积问题;通过充分考虑各类观测资料实际到报截断时长的差... 介绍了CMA-BJ 2.0版区域逐时快速更新循环同化分析及短时预报业务系统在逐时更新循环和资料同化方面的关键技术特点。该系统采用分析增量更新作为初始化方案,有效抑制了初始噪声累积问题;通过充分考虑各类观测资料实际到报截断时长的差异,发展了包括循环分析和更新预报两个部分耦合的逐时追赶循环运行框架,实现了对各类观测资料充分高效的利用,也较好地兼顾了短临预报服务对逐时更新循环预报产品的时效性要求;通过在分析循环的同化背景场部分应用动态混合方案,实现了全球模式大尺度场对区域模式中小尺度热动力场发展的动态约束,有效抑制了快速更新循环预报误差累积导致的大尺度预报场变形的问题;在资料同化方面,实现了中国全国雷达反射率因子拼图资料的同化应用,并通过仅在更新预报部分开展雷达反射率资料同化以规避连续循环同化造成的水汽正向过量累积、调整雷达同化时的背景场误差的方差和长度尺度两方面的策略优化有效提升了雷达同化的应用效果;此外,在CMA-BJ 2.0版系统中实现了中国全国风廓线雷达观测资料的实时同化应用。 展开更多
关键词 快速更新循环 初始化 雷达资料同化 风廓线同化 分析增量更新
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Percentile-based Neighborhood Precipitation Verification and Its Application to a Landfalling Tropical Storm Case with Radar Data Assimilation 被引量:3
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作者 ZHU Kefeng YANG Yi Ming XUE 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2015年第11期1449-1459,共11页
The traditional threat score based on fixed thresholds for precipitation verification is sensitive to intensity forecast bias. In this study, the neighborhood precipitation threat score is modified by defining the thr... The traditional threat score based on fixed thresholds for precipitation verification is sensitive to intensity forecast bias. In this study, the neighborhood precipitation threat score is modified by defining the thresholds in terms of the percentiles of overall precipitation instead of fixed threshold values. The impact of intensity forecast bias on the calculated threat score is reduced. The method is tested with the forecasts of a tropical storm that re-intensified after making landfall and caused heavy flooding. The forecasts are produced with and without radar data assimilation. The forecast with assimilation of both radial velocity and reflectivity produce precipitation patterns that better match observations but have large positive intensity bias. When using fixed thresholds, the neighborhood threat scores fail to yield high scores for forecasts that have good pattern match with observations, due to large intensity bias. In contrast, the percentile-based neighborhood method yields the highest score for the forecast with the best pattern match and the smallest position error. The percentile-based method also yields scores that are more consistent with object-based verifications, which are less sensitive to intensity bias, demonstrating the potential value of percentile-based verification. 展开更多
关键词 neighborhood precipitation threat score percentile-based verification radar data assimilation
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