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GRAPES非静力数值预报模式的三维变分资料同化系统的发展 被引量:73
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作者 马旭林 庄照荣 +1 位作者 薛纪善 陆维松 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期50-60,共11页
为了减少分析变量与模式状态变量之间的插值误差,改善业务预报模式的初值质量,在GRAPES等压面三维变分资料同化系统的基础上,研究发展了针对GRAPES区域模式的非静力模式变量三维变分资料同化系统(GRAPES m3DVAR)。该资料同化系统的垂直... 为了减少分析变量与模式状态变量之间的插值误差,改善业务预报模式的初值质量,在GRAPES等压面三维变分资料同化系统的基础上,研究发展了针对GRAPES区域模式的非静力模式变量三维变分资料同化系统(GRAPES m3DVAR)。该资料同化系统的垂直坐标及其分析变量的水平分布格式、垂直跳点方案与GRAPES预报模式保持完全一致。由于垂直坐标的变化和非静力关系,m3DVAR分析系统中设计了求解动力学约束方程的新方案。通过有效的高精度数学方案,避免了地形追随坐标下平衡方程的非线性项造成的复杂计算,有效解决了非静力平衡条件下求解平衡方程中非线性项的切线性方程和伴随方程引起的困难。重新构造各种观测算子,并考虑了质量场和风场之间的平衡约束关系、背景误差协方差结构,实现对探空、地面资料、船舶报等常规观测的同化。理想单点试验和实际资料的多变量资料同化分析结果表明,非静力模式变量三维变分资料同化系统能够正确地描写多变量之间的相互作用以及物理约束关系,分析结果合理,能够有效减少原等压面三维变分资料同化系统的分析与模式变量之间需要相互插值、变换产生的误差,在一定程度上提高了分析场质量,对预报模式的初值具有一定改善。 展开更多
关键词 GRAPES 非静力模式 资料同化 数值预报
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基于遥感数据与作物生长模型同化的冬小麦长势监测与估产方法研究 被引量:63
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作者 闫岩 柳钦火 +2 位作者 刘强 李静 陈良富 《遥感学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第5期804-811,共8页
本文以LAI作为结合点,讨论了利用复合型混合演化(SCE_UA)算法实现CERES_W heat模型与遥感数据同化的可行性。CERES_W heat模型同化后主要生育期和产量的模拟值分别与真实条件下模型相应模拟值以及实测值进行比较。结果表明,同化后CERES_... 本文以LAI作为结合点,讨论了利用复合型混合演化(SCE_UA)算法实现CERES_W heat模型与遥感数据同化的可行性。CERES_W heat模型同化后主要生育期和产量的模拟值分别与真实条件下模型相应模拟值以及实测值进行比较。结果表明,同化后CERES_W heat模型的模拟精度对LAI外部同化数据的误差并不十分敏感。并且在LAI同化数据较少时,也可获得较好的同化结果。这一特点体现了SCE_UA算法应用于同化过程的优越性,为同化策略在区域冬小麦长势监测及估产中的应用提供了基础。 展开更多
关键词 遥感 作物生长模型 同化 冬小麦 长势监测 估产
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L波段秒级探空资料在GRAPES同化系统中的应用研究 被引量:34
3
作者 郝民 田伟红 龚建东 《气象》 CSCD 北大核心 2014年第2期158-165,共8页
我国探空站的探空系统升级为L波段探空系统后,可以获取全国120个站点连续自动测定的高空温、压、湿、风等高垂直分辨率秒级和分钟级探空廓线数据。为了分析高垂直分辨率探空秒级资料水平和垂直结构特征,并将其应用于区域GRAPES-3DVAR变... 我国探空站的探空系统升级为L波段探空系统后,可以获取全国120个站点连续自动测定的高空温、压、湿、风等高垂直分辨率秒级和分钟级探空廓线数据。为了分析高垂直分辨率探空秒级资料水平和垂直结构特征,并将其应用于区域GRAPES-3DVAR变分同化预报系统中,文章比较秒/分钟级探空与传统探空资料使用对资料同化预报带来的影响。试验中使用2011年6—7月资料进行分析,结果发现:秒级探空资料具有水平分布均匀,垂直结构非常密集的特点;在850、500 hPa等层次上高度分析比传统探空分析更接近NCEP分析,显示出对分析场的改进效果;同时风场在200 hPa以上的高层分析中改进显著,表现出高分辨率资料使用在高层分析中对系统模拟更加准确的特征。由于模式预报初值的改进,降水预报评分有所提高,预报偏差明显变小。因此高垂直分辨率秒级探空资料的使用对数值模式分析初值及预报的改进有着积极的意义,这为进一步开发利用秒级探空资料打下基础。 展开更多
关键词 秒级探空 GRAPES 对比分析 同化预报
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中国L波段探空湿度观测资料的质量评估及偏差订正 被引量:24
4
作者 郝民 龚建东 +2 位作者 王瑞文 万晓敏 刘艳 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第1期187-199,共13页
L波段探空观测资料无论在天气预报还是数值预报中均为最基本和最重要的一类数据,而其湿度观测资料的质量对同化分析及降水预报有直接影响。通过用L波段探空湿度观测资料与不同类型的其他观测反演的湿度资料互校及与NCEP、GRAPES、EC等... L波段探空观测资料无论在天气预报还是数值预报中均为最基本和最重要的一类数据,而其湿度观测资料的质量对同化分析及降水预报有直接影响。通过用L波段探空湿度观测资料与不同类型的其他观测反演的湿度资料互校及与NCEP、GRAPES、EC等不同模式分析场为背景的湿度场比较,评估中国L波段探空湿度观测资料的质量状况,对探空湿度资料的质量有了新的认识,为更好地使用该资料提供依据。研究发现中国L波段探空湿度观测资料存在偏干的现象,特别是当背景场湿度大于60%时,观测湿度偏低更加明显。通过分析其偏差特征,找出了适合中国L波段探空湿度观测资料偏差特点的分段函数订正方法。个例试验表明,对探空湿度观测资料的偏差订正后,观测偏差明显减小,订正效果非常显著;模式降水强度预报能力有一定的提高。从连续试验检验的降水预报评分(TS)和预报偏差(Bias)看,中雨和暴雨的预报在探空湿度观测偏差订正后都表现出正效果。 展开更多
关键词 探空观测 湿度偏干 偏差订正 同化预报
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华北地区地基GPS天顶总延迟观测的质量控制和同化应用研究 被引量:20
5
作者 仲跻芹 Yong-Run GUO 张京江 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期147-164,共18页
地基GPS天顶总延迟由于其解算误差来源少于目前广泛应用的可降水量资料,其同化应用将会为数值预报初值场更好地提供大气信息。面向同化应用的天顶总延迟观测质量控制方案的研发将会有效推进该资料在中国数值预报中的广泛应用。基于2013... 地基GPS天顶总延迟由于其解算误差来源少于目前广泛应用的可降水量资料,其同化应用将会为数值预报初值场更好地提供大气信息。面向同化应用的天顶总延迟观测质量控制方案的研发将会有效推进该资料在中国数值预报中的广泛应用。基于2013—2014年华北地区天顶总延迟观测资料,发展了一套针对数值预报同化应用的天顶总延迟观测质量控制方案。该方案从测站稳定性和解算精度、离群值、系统偏差及标准差等考察点切入,从不同角度检查和标记出致使观测序列统计特性偏离高斯分布特征的样本。质量控制后序列统计特征量更接近三维变分系统对观测资料的性质假设,表明了所建立质量控制方案的合理性。基于北京市气象局数值预报业务系统BJ-RUC开展了连续11 d的快速更新循环预报试验。评估结果表明:同化质控后天顶总延迟试验的降水预报效果明显优于同化未质控天顶总延迟试验,表明所建立质量控制方案的有效性。同化质控后天顶总延迟试验的降水预报效果优于未同化GPS资料试验,表明天顶总延迟资料的同化应用可以有效提升预报系统的降水预报效果,特别是在无探空资料参加同化的预报时次;同化质控后天顶总延迟资料试验的降水预报效果也优于同化可降水量的试验,表明使用天顶总延迟资料代替可降水量资料在数值预报业务中开展同化应用是可行的。在天顶总延迟观测质量控制方案研发和同化应用得到了一些有意义的结果,有助于推进该观测资料在数值预报科研和业务中的应用,为提升预报性能提供技术支撑。 展开更多
关键词 GPS天顶总延迟 质量控制 变分同化 数值预报
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观测资料同化与有限区模式初期降水预报 被引量:12
6
作者 朱国富 《北京大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 1999年第1期81-88,共8页
选取1991年7月3日至4日出现在我国江淮流域的梅雨暴雨天气过程,针对有限区模式降水预报中“旋转加强”问题,试验2种初值化方法即牛顿连续松弛逼近技术和降水-湿度场调整方案来改进模式的初期降水预报。试验结果表明:(1)... 选取1991年7月3日至4日出现在我国江淮流域的梅雨暴雨天气过程,针对有限区模式降水预报中“旋转加强”问题,试验2种初值化方法即牛顿连续松弛逼近技术和降水-湿度场调整方案来改进模式的初期降水预报。试验结果表明:(1)用湿度场调整方案同化观测降水资料,使同化时段降水区的中低层低压系统明显加强,所形成的初值具有较好的中尺度信息;但该方案会出现观测值与模式不协调引起的虚假小扰动。(2)用牛顿连续松弛逼近技术同化业务观测系统的速度场和温度场资料,所形成的初值场形成了大尺度特征,同时对应江淮雨带的中低层低压系统加强,所形成的初值能够具有一定的中尺度信息。(3)因此两者结合得到了最好的预报效果。对于梅雨天气过程,牛顿连续松弛逼近技术更有效。 展开更多
关键词 资料同化 降水预报 观测资料 有限区模式
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Applicability Assessment of the 1998–2018 CLDAS Multi-Source Precipitation Fusion Dataset over China 被引量:14
7
作者 Shuai SUN Chunxiang SHI +5 位作者 Yang PAN Lei BAI Bin XU Tao ZHANG Shuai HAN Lipeng JIANG 《Journal of Meteorological Research》 SCIE CSCD 2020年第4期879-892,共14页
Traditional hourly rain gauges and automatic weather stations rarely measure solid precipitation, except for those stations with weighing-type precipitation sensors. Microwave remote sensing has only a low ability to ... Traditional hourly rain gauges and automatic weather stations rarely measure solid precipitation, except for those stations with weighing-type precipitation sensors. Microwave remote sensing has only a low ability to retrieve solid precipitation. In addition, there are no long-term, high-quality precipitation data in China that can be used to drive land surface models. To address these issues, in the China Meteorological Administration(CMA) Land Data Assimilation System(CLDAS), we blended the Climate Prediction Center(CPC) morphing technique(CMORPH) and Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications version 2(MERRA2) precipitation datasets with observed temperature and precipitation data on various temporal scales using multigrid variational analysis and temporal downscaling to produce a multi-source precipitation fusion dataset for China(CLDAS-Prcp). This dataset covers all of China at a resolution of 6.25 km at hourly intervals from 1998 to 2018. We performed dependent and independent evaluations of the CLDAS-Prcp dataset from the perspectives of seasonal total precipitation and land surface model simulation. Our results show that the CLDAS-Prcp dataset represents reasonably the spatial distribution of precipitation in China. The dependent evaluation indicates that the CLDAS-Prcp performs better than the MERRA2 precipitation, CMORPH precipitation, Global Land Data Assimilation System version 2(GLDAS-V2.1) precipitation,and CLDAS-V2.0 winter precipitation, as compared to the meteorological observational precipitation. The independent evaluation indicates that the CLDAS-Prcp dataset performs better than the Global Precipitation Measurement(GPM) precipitation dataset and is similar to the CLDAS-V2.0 summer precipitation dataset based on the hydrological observational precipitation. The simulated soil moisture content driven by CLDAS-Prcp is slightly better than that driven by the CLDAS-V2.0 precipitation, whereas the snow depth simulation driven by CLDAS-Prcp is much better than that driven by the 展开更多
关键词 China Meteorological Administration Land Data assimilation System(CLDAS) PRECIPITATION data fusion Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications version 2(MERRA2) Climate prediction Center(CPC)morphing technique(CMORPH) Space–Time Multiscale Variational Analysis System(STMAS) Noah land surface model with multiparameterization options(Noah-MP)
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资料同化方法在空气污染数值预报中的应用研究 被引量:12
8
作者 白晓平 李红 +2 位作者 方栋 Francesca Costabile 刘峰磊 《环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期283-289,共7页
基于第5代中尺度非静力气象模式MM5以及区域气溶胶和沉积模式REMSAD耦合的空气污染数值预报模型系统,分别采用最优插值法和集合卡尔曼滤波法对南京2002-08~2002-09 NOx和SO2模型预报结果进行了资料同化试验,结果表明,NOx和SO2经最优插... 基于第5代中尺度非静力气象模式MM5以及区域气溶胶和沉积模式REMSAD耦合的空气污染数值预报模型系统,分别采用最优插值法和集合卡尔曼滤波法对南京2002-08~2002-09 NOx和SO2模型预报结果进行了资料同化试验,结果表明,NOx和SO2经最优插值法同化后偏差平均值的改进率分别为34.20%、47.53%,均方根误差的改进率分别为31.95%、42.04%;NOx和SO2经集合个数为30的集合卡尔曼滤波法同化后偏差平均值的改进率分别为26.73%、60.75%,均方根误差的改进率分别为25.20%、55.16%;说明最优插值法和集合卡尔曼滤波法都具有改善空气污染数值预报中污染物浓度初始场的作用.进行了集合卡尔曼滤波法中集合个数为61时2种同化方法同化效果比较的试验,结果表明,随着集合卡尔曼滤波法集合个数的增加,NOx和SO2的同化效果都较集合个数为30时有所改善,并且,集合卡尔曼滤波法对NOx和SO2模式预报结果的改善效果将好于最优插值法. 展开更多
关键词 资料同化 空气污染 数值预报 最优插值法 集合卡尔曼滤波
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L波段探空仪湿度资料偏差订正及同化试验 被引量:11
9
作者 郝民 龚建东 +1 位作者 田伟红 万晓敏 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2018年第5期559-570,共12页
L波段探空仪观测资料是基础资料之一,无论在天气预报还是在数值天气预报中都起着重要作用,其资料质量直接影响数值模式同化分析及降水预报准确性。通过对我国3种常用的L波段探空仪观测湿度的偏差特性比较,研发适合该仪器的偏差订正方案... L波段探空仪观测资料是基础资料之一,无论在天气预报还是在数值天气预报中都起着重要作用,其资料质量直接影响数值模式同化分析及降水预报准确性。通过对我国3种常用的L波段探空仪观测湿度的偏差特性比较,研发适合该仪器的偏差订正方案,并在GRAPES同化系统中加以试验应用。结果表明:L波段探空仪湿度观测资料与ECMWF再分析湿度场比较有偏干现象。多种偏差订正方案订正结果显示:湿度偏差值比订正前减小,特别是在500 hPa以上层次减小明显。在GRAPES分析同化系统中使用Vomel偏差订正方案,分析偏差减小5%;预报模式个例和连续试验中湿度观测订正后预报降水更接近实况,预报降水检验评分显著提高,故该订正方案在实际应用中表现出积极的正效果。 展开更多
关键词 L波段探空观测 湿度偏干 偏差订正 同化预报
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热带风压场平衡特征及其对GRAPES系统中同化预报的影响研究Ⅱ:动力与统计混合平衡约束方案的应用 被引量:10
10
作者 王瑞春 龚建东 +1 位作者 张林 陆慧娟 《大气科学》 CSCD 北大核心 2015年第6期1225-1236,共12页
研究I的结果表明:线性平衡方程(LBE)在热带地区不适用,而进一步改进方向是削弱LBE在该区域的约束程度。本文以此为基础,在GRAPES(global/regional assimilation and prediction system)全球变分同化系统中引入动力与统计混合平衡约束方... 研究I的结果表明:线性平衡方程(LBE)在热带地区不适用,而进一步改进方向是削弱LBE在该区域的约束程度。本文以此为基础,在GRAPES(global/regional assimilation and prediction system)全球变分同化系统中引入动力与统计混合平衡约束方案。新方案在逐层求解LBE的基础上增加垂直方向的线性回归,回归系数随纬度和高度变化。针对背景误差协方差的分析表明,新方案可以更好的保证独立分析变量间预报误差不相关的基本要求,并大幅度减小热带地区平衡气压预报误差方差的量值和占总方差的比例。单点试验结果表明,与LBE方案相比,新方案对中、高纬影响很小,但在热带地区成功实现了风、压场分析的解耦,两者分析更为独立。并且,虽未考虑具体波动模态,但新方案给出的风、压场协相关结构与研究I的理论分析结果相近。一个月的同化循环与预报结果表明,引入新方案后,赤道外地区的同化预报效果为中性偏正,而热带地区风场的同化预报效果显著提高,LBE方案中平流层低层的风场同化预报异常被基本消除。 展开更多
关键词 变分资料同化 平衡约束 线性平衡方程 线性回归 GRAPES(global/regional assimilation and prediction system)
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An Adaptive Estimation of Forecast Error Covariance Parameters for Kalman Filtering Data Assimilation 被引量:7
11
作者 Xiaogu ZHENG 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2009年第1期154-160,共7页
An adaptive estimation of forecast error covariance matrices is proposed for Kalman filtering data assim- ilation. A forecast error covariance matrix is initially estimated using an ensemble of perturbation forecasts.... An adaptive estimation of forecast error covariance matrices is proposed for Kalman filtering data assim- ilation. A forecast error covariance matrix is initially estimated using an ensemble of perturbation forecasts. This initially estimated matrix is then adjusted with scale parameters that are adaptively estimated by minimizing -2log-likelihood of observed-minus-forecast residuals. The proposed approach could be applied to Kalman filtering data assimilation with imperfect models when the model error statistics are not known. A simple nonlinear model (Burgers' equation model) is used to demonstrate the efficacy of the proposed approach. 展开更多
关键词 data assimilation Kahnan filter ensemble prediction ESTIMATION
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THE EFFECT OF SAMPLE OPTIMIZATION ON THE ENSEMBLE KALMAN FILTER IN FORECASTING TYPHOON RAMMASUN(2014) 被引量:7
12
作者 LI Ji-hang WAN Qi-lin +1 位作者 GAO Yu-dong XIAO Hui 《Journal of Tropical Meteorology》 SCIE 2018年第4期433-447,共15页
In a limited number of ensembles, some samples do not adequately reflect the true atmospheric state and can in turn affect forecast performance. This study explored the feasibility of sample optimization using the ens... In a limited number of ensembles, some samples do not adequately reflect the true atmospheric state and can in turn affect forecast performance. This study explored the feasibility of sample optimization using the ensemble Kalman filter(EnKF) for a simulation of the 2014 Super Typhoon Rammasun, which made landfall in southern China in July 2014. Under the premise of sufficient ensemble spread, keeping samples with a good fit to observations and eliminating those with poor fit can affect the performance of En KF. In the sample optimization, states were selected based on the sample spatial correlation between the ensemble state and observations. The method discarded ensemble states that were less representative and, to maintain the overall ensemble size, generated new ensemble states by reproducing them from ensemble states with a good fit by adding random noise. Sample selection was performed based on radar echo data. Results showed that applying En KF with optimized samples improved the estimated track, intensity,precipitation distribution, and inner-core structure of Typhoon Rammasun. Therefore, the authors proposed that distinguishing between samples with good and poor fits is vital for ensemble prediction, suggesting that sample optimization is necessary to the effective use of En KF. 展开更多
关键词 data assimilation ENSEMBLE prediction SAMPLE OPTIMIZATION TYPHOON Rammasun ENSEMBLE KALMAN filter
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基于雷达资料同化的飑线过程数值模拟试验研究 被引量:7
13
作者 沈艳秋 黄兴友 +2 位作者 沈菲菲 沈妍琰 陈晓颖 《气象科学》 北大核心 2021年第1期13-26,共14页
利用中尺度WRF模式及其3DVAR同化系统对2014年3月30日发生在我国华南地区的一次飑线过程展开多普勒天气雷达资料的同化效果试验研究。首先对雷达资料进行去地物杂波、退速度模糊等预处理,后设计了基于不同雷达观测量的同化试验及同化频... 利用中尺度WRF模式及其3DVAR同化系统对2014年3月30日发生在我国华南地区的一次飑线过程展开多普勒天气雷达资料的同化效果试验研究。首先对雷达资料进行去地物杂波、退速度模糊等预处理,后设计了基于不同雷达观测量的同化试验及同化频次的敏感性试验。结果表明:直接循环同化雷达径向风资料和雷达反射率因子能够增加数值模式中的中小尺度信息,提供可靠的水汽分布;不同的同化频次对同化结果影响显著,每12 min同化间隔的结果略优于30 min、60 min同化间隔;同化雷达反射率因子和径向风资料分别对模式的总水场和风场有显著调整,联合同化雷达反射率因子和径向风资料比单独同化反射率因子或径向风更能改善飑线垂直结构配置,促使地面冷池和雷暴高压配合,进一步改善模式对大雨和暴雨量级降水预报效果。 展开更多
关键词 WRF模式 多普勒雷达 资料同化 数值预报 飑线
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卫星高度计资料在三维海温和盐度数值预报中的应用 被引量:5
14
作者 李云 万莉颖 刘钦政 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第6期64-72,共9页
随着卫星遥感观测技术的发展,越来越多的卫星观测资料被应用于数值模式的同化研究中。基于国家海洋环境预报中心西北太平洋三维温盐流预报系统,利用法国CLS中心的沿轨高度计资料的海表面高度异常的融合数据,结合基于三维变分的OVALS(oce... 随着卫星遥感观测技术的发展,越来越多的卫星观测资料被应用于数值模式的同化研究中。基于国家海洋环境预报中心西北太平洋三维温盐流预报系统,利用法国CLS中心的沿轨高度计资料的海表面高度异常的融合数据,结合基于三维变分的OVALS(ocean variational analysis sys-tem)同化系统,在垂向将海面高度资料反演为温盐廓线后进行水平面上的温度和盐度同化,研究卫星高度计资料在三维海温和盐度数值预报中的作用,结果表明,加入高度计资料同化的预报结果好于未使用同化的预报结果,这说明高度计资料同化对短期数值预报结果的改进是有效的。 展开更多
关键词 高度计资料 同化 海洋变分分析系统 数值预报
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CIMISS与GDAS数据库中探空湿度资料评估分析研究 被引量:5
15
作者 郝民 王瑞文 +1 位作者 田伟红 万晓敏 《高原气象》 CSCD 北大核心 2020年第5期1070-1079,共10页
探空观测资料作为天气预报和数值预报不可缺少的资料源在科研和业务中发挥着重要作用,但该资料质量的好坏直接影响模式预报的准确性,因此必须在资料源头开展资料质量控制确保高质量资料在同化和模式预报中得到应用。质量控制要有好的效... 探空观测资料作为天气预报和数值预报不可缺少的资料源在科研和业务中发挥着重要作用,但该资料质量的好坏直接影响模式预报的准确性,因此必须在资料源头开展资料质量控制确保高质量资料在同化和模式预报中得到应用。质量控制要有好的效验工具和比对资料,本文将我国业务数值预报的CIMISS数据库与NCEP的GDAS数据库的探空湿度资料进行比较,了解CIMISS库资料的质量与偏差情况,以及两种资料库数据在GRAPES 4DVAR同化应用结果,试验表明:两个库资料虽然存在偏差,经过质量控制,偏差明显减小;在实际同化分析与EC再分析场比较水平和垂直偏差都很小,模式预报降水评分基本一致,从而证实CIMISS库中探空湿度资料的合理可用性,为深入认识探空湿度资料的质量和性能提供了依据。 展开更多
关键词 CIMISS GDAS 探空湿度 同化预报
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往返平飘式探空观测系统对CMA-MESO的影响研究 被引量:3
16
作者 王瑞文 王金成 +2 位作者 王丹 陶亦为 田伟红 《气象》 CSCD 北大核心 2023年第1期52-61,共10页
往返平飘式探空观测是我国研发的一种新型高空观测技术,除了具备与传统探空观测一致的上升段大气垂直廓线观测能力,同时还增加了平飘段和下降段的大气探测,自动实现了探测廓线的时空加密。利用ERA5再分析资料作为“真值”,利用往返平飘... 往返平飘式探空观测是我国研发的一种新型高空观测技术,除了具备与传统探空观测一致的上升段大气垂直廓线观测能力,同时还增加了平飘段和下降段的大气探测,自动实现了探测廓线的时空加密。利用ERA5再分析资料作为“真值”,利用往返平飘式探空模拟仿真系统构造了往返式探空模拟观测,基于CMA-MESO区域模式和3D-Var同化系统进行了观测系统模拟试验(Observing System Simulation Experiments,OSSEs)。数值试验结果表明:相比传统单次上升段探空观测,往返平飘式探空在全国组网的情况下,其增加的下降段模拟探空观测,能够有效提高CMA-MESO的降水预报技巧,不同降水量级的ETS评分提高约2%~5%,同时改进要素场(温、湿场和风场)的预报,改进率约为2%~5%。此外,典型天气个例分析结果表明,增加往返平飘式探空观测能够改善模式初值偏差,从而更准确地模拟降水分布。该文的研究结论为往返平飘式探空的未来科学布局和应用提供了理论支撑。 展开更多
关键词 往返平飘式探空 观测系统模拟试验 资料同化 数值预报
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Assimilating FY-4A AGRI Radiances with a Channel-Sensitive Cloud Detection Scheme for the Analysis and Forecasting of Multiple Typhoons
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作者 Feifei SHEN Aiqing SHU +4 位作者 Zhiquan LIU Hong LI Lipeng JIANG Tao ZHANG Dongmei XU 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2024年第5期937-958,共22页
This paper presents an attempt at assimilating clear-sky FY-4A Advanced Geosynchronous Radiation Imager(AGRI)radiances from two water vapor channels for the prediction of three landfalling typhoon events over the West... This paper presents an attempt at assimilating clear-sky FY-4A Advanced Geosynchronous Radiation Imager(AGRI)radiances from two water vapor channels for the prediction of three landfalling typhoon events over the West Pacific Ocean using the 3DVar data assimilation(DA)method along with the WRF model.A channel-sensitive cloud detection scheme based on the particle filter(PF)algorithm is developed and examined against a cloud detection scheme using the multivariate and minimum residual(MMR)algorithm and another traditional cloud mask–dependent cloud detection scheme.Results show that both channel-sensitive cloud detection schemes are effective,while the PF scheme is able to reserve more pixels than the MMR scheme for the same channel.In general,the added value of AGRI radiances is confirmed when comparing with the control experiment without AGRI radiances.Moreover,it is found that the analysis fields of the PF experiment are mostly improved in terms of better depicting the typhoon,including the temperature,moisture,and dynamical conditions.The typhoon track forecast skill is improved with AGRI radiance DA,which could be explained by better simulating the upper trough.The impact of assimilating AGRI radiances on typhoon intensity forecasts is small.On the other hand,improved rainfall forecasts from AGRI DA experiments are found along with reduced errors for both the thermodynamic and moisture fields,albeit the improvements are limited. 展开更多
关键词 FY-4A AGRI radiance particle filter multiple typhoons data assimilation numerical weather prediction
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Comparative evaluation of the impact of GRAPES and MM5 meteorology on CMAQ prediction over Pearl River Delta, China 被引量:4
18
作者 Tao Deng Yiang Chen +5 位作者 Qilin Wan Yanxia Zhang Xuejiao Deng Yanyan Huang Guangfeng Dai Fei Li 《Particuology》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第5期88-97,共10页
The community multiscale air quality (CMAQ) model was used to forecast air quality over the Pearl River Delta region from December 2013 to January 2014.The pollution forecasting performance of CMAQ coupled with two di... The community multiscale air quality (CMAQ) model was used to forecast air quality over the Pearl River Delta region from December 2013 to January 2014.The pollution forecasting performance of CMAQ coupled with two different meteorological models,i.e.,the global/regional assimilation and prediction system (GRAPES) and the fifth-generation mesoscale model (MM5),was assessed by comparison with observational data.The effects of meteorological factors and physicochemical processes on the forecast results were discussed through process analysis.The results showed that both models exhibited good performance but that of GRAPES-CMAQ was better.GRAPES was superior in predicting the overall variation tendencies of meteorological fields,but it showed large deviations in atmospheric pressure and wind speed.This contributed to the higher correlation coefficients of the pollutants with GRAPES-CMAQ but with greater deviations.The underestimations of nitrate and ammonium salt contributed to the underestimations of both particulate matter and extinction coefficients.Source emissions made the only positive contributions to surface layer SO2,CO,and NO.It was found that O3 originated primarily from horizontal and vertical transport and that its consumption was predominantly via chemical processes.Conversely,NO2 was found derived primarily from chemical production. 展开更多
关键词 AIR QUALITY Numerical simulation Global/regional assimilation and prediction system (GRAPES) Community multiscale AIR QUALITY (CMAQ) Process analysis
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Impact of Assimilating FY-4A Lightning Data with a Latent Heat Nudging Method on Short-Term Forecasts of Severe Convective Events in Eastern China
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作者 Yanqing GAO Xiaofeng WANG Wei GUO 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2024年第12期2478-2494,共17页
In this study,a latent heat nudging lightning data assimilation(LDA)method independent of the flash rate was developed and tested with data from the Lightning Mapping Imager(LMI)onboard the Feng-Yun-4A(FY-4A)satellite... In this study,a latent heat nudging lightning data assimilation(LDA)method independent of the flash rate was developed and tested with data from the Lightning Mapping Imager(LMI)onboard the Feng-Yun-4A(FY-4A)satellite based on the Weather Research and Forecasting(WRF)model.In this LDA method,the positive temperature perturbations at the lightning location are first calculated by the difference between the moist adiabatic temperature of a lifted air parcel and the model temperature.The positive temperature perturbations in the mixed-phase region are then assimilated by a nudging method to adjust the latent heat within the convective system.Meanwhile,the water vapor mixing ratio is adapted to the temperature perturbations accordingly to constrain the relative humidity to remain unchanged.This method considers the physical nature of the convective system,in contrast with other LDA methods that establish an empirical or statistical relationship between the lightning flash rates and model variables.The impact of this LDA method on short-term(≤6 h)forecasts was evaluated using two severe convective events in eastern China:a multi-region heavy rainfall event and a thunderstorm high-wind event.The results showed that LDA could add thermodynamic information associated with the convective system to the WRF model during the nudging period,leading to a more reasonable storm environment.In the forecast fields,the simulations with LDA produced more realistic convective structures,resulting in an improvement in forecasts of precipitation and high winds. 展开更多
关键词 FY-4A LMI lightning data assimilation latent heat nudging numerical weather prediction
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基于数据同化的飞机尾流行为预测 被引量:4
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作者 沈淳 李健兵 +3 位作者 高航 陈柏纬 韩启光 王雪松 《雷达学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2021年第4期632-645,共14页
飞机尾流是飞机飞行时在其后方产生的一对反向旋转的强烈湍流,对后续飞机飞行以及机场安全起降影响极大,其演化趋势的预测已成为空中交通安全管制的瓶颈,亟需发展基于实时探测数据的飞机尾流行为预测技术。在雷达探测反演得到的尾流涡... 飞机尾流是飞机飞行时在其后方产生的一对反向旋转的强烈湍流,对后续飞机飞行以及机场安全起降影响极大,其演化趋势的预测已成为空中交通安全管制的瓶颈,亟需发展基于实时探测数据的飞机尾流行为预测技术。在雷达探测反演得到的尾流涡心位置和速度环量等特征参数基础上,开展飞机尾流行为预测分析,能够预知飞机尾流危害区域,为机场安全起降动态间隔标准制定提供技术支撑。该文结合风场线性切变和最小二乘拟合方法构建了参数化尾流行为预测模型,解决了经典尾流预测模型气象环境参数未随时间演化实时调整的问题。该文根据复杂风场非线性演化特点,设计了基于无迹卡尔曼滤波的数据同化模型,利用雷达探测数据对尾流行为预测进行实时修正。数值仿真验证和实测数据验证结果表明,基于数据同化的飞机尾流行为预测方法能够根据实时探测数据对尾流行为预测轨迹进行修正,得到更加贴近实测的飞机尾流行为预测轨迹。 展开更多
关键词 数据同化 飞机尾流 行为预测 激光雷达探测
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