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1.
提为初值问题的数值预报在通过改进数值模式、观测手段及分析方法而改进预报的同时,仍然面临着两大困难,即模式误差和初值不完整。然而我们有大量的气候演变的历史观测资料,其中蕴含着关于气候系统的信息。本文针对这两个困难,系统地提出充分利用历史资料反演订正模式和初值进而改进数值预报的三类反问题,并给出数值解法。最后将三类反问题应用于一个简单模式进行反演预报的数值试验,其数值试验结果将在本文的第二部分给出。 相似文献
2.
数值天气预报准确性直接取决于好的预报模式和初始场。在预报业务中,依赖观测数据调整初始场和模式参数属气象上的反问题。通过对模式参数识别和初始场调整问题进行等价转化,提出了一种基于进化策略的气象学反问题求解算法。在一维扩散方程和Lorenz-96简单预报模式进行了两类理想数值试验,试验结果表明经过优化后的预报误差均控制在非常小的范围内且预报稳定,从而验证了方法的有效性。 相似文献
3.
利用BJ-RUCV2.0数值模拟资料、呼和浩特站观测资料,借助2013年7月14—15日呼和浩特地区暴雨过程,对比了数值和观测两类探空资料的参量差异,分析了数值探空资料的预报性能,结果表明:(1)就露点温度预报而言,提前12h起报的数值探空预报效果更好,但每个起报时刻的数值资料都对整层大气预报略偏湿;(2)提前12h起报的数值探空资料所反映的逆温层位置和厚度最接近实况资料,对温度预报效果最好;(3)与观测探空资料相比,数值探空资料的不稳定能量偏强,这将导致模拟降水出现时间比实况要提前;(4)在对短时临近预报有指示意义的12h预报时效内,CAPE值08时起报的误差较小,K指数20时起报的预报误差较小。 相似文献
4.
本模式是原北半球七层原始方程谱模式的发展，它包含了较完整的物理过程。模式的方程组求解方案能有效地克服在散度方程中以及在σ坐标系中在大地形附近计算气压梯度力项时所存在的大量之间小差的问题，模式的非线性项的谱计算方法有其优越性。本文给出了利用本模式以及用实际观测资料的客观分析场为初始场作30天长期数值天气预报试验结果。从多个个例的结果可以看出，模式的预报效果令人满意，在整个30天内，模式的预报误差都比对应的持续性误差小，而且在低纬地区也具有上述特点。这表明，本文提出的全球七层大气环流谱模式具有30天长期数值预报能力。 相似文献
5.
气象场观测误差和四维同化数值模拟试验 总被引：1，自引：0，他引：1
本文对气象观测中的随机误差和四维同化进行了数值摸拟试验。用五层原始方程模式,以1975年4月19日20时的观测资料作初始场进行六天预报。把每小时的预报结果贮存起来,作为没有误差的“真实大气观测资料”,然后在原来的初始场上加上一个随机误差场,用一个物理过程比前者稍差的同样模式进行数值预报,把“真实资料”不断嵌入模式中去进行四维同化试验。 误差场是用概率统计中产生伪随机数的办法产生以模拟观测误差的随机情况。 四维同化的试验结果表明:最优同化频率,不仅与观测资料误差有关,而且还与整个同化过程的长短有关。 相似文献
6.
对中尺度遥感资料进行四维同化的共轭方法及其数值研究 总被引：10，自引：4，他引：10
本文探讨了数值天气预报过程中对非定时观测的常规遥感气象资料进行四维同化，形成预报初始场的新途径，把数值预报初始场的形成提为数学上的一类反问题，运用数值模式及其共轭方程对象气资料进行变分同化的共轭方法，使众多观测资料的四维同化与时变的动力模型在初始场的形成过程中统一考察，克服了以往一些方法的局限性，从理论和数值角度证明该方法的可行性，表明该方法有可能作为发展一个新的初值方案的雏形，有潜在的应用价值。 相似文献
7.
一种新型的适应性观测资料应用对台风预报的影响试验研究 总被引：8，自引：5，他引：8
近年来，气象界提出了一个“适应性（或目标）观测（adaptive or targeting observation）”的新概念，它是根据数值预报的敏感区在现有的、固定的气象观测网基础上增加的、有目标的特别观测。下投式探空仪（Dropsonde）是适应性观测的重要观测仪器。利用我国新一代数值预报系统GRAPES，初步研究了应用热带气旋适应性观测的下投式探空仪探测资料对台风（2003年杜鹃台风）预报的影响，并进行了敏感性试验。结果表明，数值天气预报中增加下投式探空仪观测资料之后，对台风的移动路径、台风中心位置和强度，以及其它要素的预报都有所改善；敏感性试验还指出，下投式探空仪观测资料的误差结构设置对台风的预报也有明显的影响，该类观测资料在修正背景场的过程中权重并不是越高越好 相似文献
8.
数值模式误差订正方法初探 总被引：1，自引：0，他引：1
鉴于大气系统的复杂性,实际的大气运动方程包含许多数学简化。这些简化的方程组虽能模拟大气运动的主要特征,但无法揭示天气演变的所有细节,这将导致数值模式的预报能力受到极大限制。只有完善大气运动方程本身的确定性框架,才能从根本上减少预报误差。若无其他手段的帮助,仅依靠推导方法获取大气运动过程中的所有微分表达式将十分困难。演化算法具有自适应、自组织特征,它能处理复杂的数学问题,可从观测资料所蕴含的丰富信息中挖掘系统的动力学。本文结合演化建模的智能算法,提出了一种数值模式的误差订正方案,并以一维典型混沌系统Logistic模型为例,探讨了误差订正方案的有效性。数值试验结果表明该方法对模式误差有较强的反演能力,值得进一步深入研究。 相似文献
9.
为了研究初值不确定性对我国南方暴雨数值预报的影响,依据历史降水资料的统计分型,选取华南暴雨型、江淮暴雨型和黄淮暴雨型等三类型中具有代表性的暴雨过程,采用AREM模式以不同资料分析场(常规观测资料、NCEP和ERA40同化分析资料)作为初值进行暴雨预报对比试验。试验结果表明,对于各类型暴雨,不同资料初值的差异都会引起暴雨数值预报结果的较大差异;在此基础上,采用经验正交函数(EOF)分析方法,分析了各类暴雨初值误差及其变化信息,从中提取出主要的误差分量,并对这类误差的数值预报影响进行了敏感性试验和预报验证,结果显示,寻找和消除主要的初值误差,对改进暴雨数值预报结果具有重要作用。 相似文献
10.
针对风电场风功率预测所需的定点、逐时风速预报,对利用中央气象台发布的MM5格点输出的数值预报风速插值到福建沿海某个风电场测风塔高度的预报结果进行误差分析,发现由于海陆交界的特殊下垫面等原因,存在一定的系统误差;根据误差的后延相关性和测风塔实时发回的气象资料,探讨了利用前期误差观测值和测风塔湍流指标对MM5数值预报风速进行动态修订的方法,建立了订正值方程,结果表明,订正后的预报风速平均绝对误差降低31%~54%,有效提高了预报精度。 相似文献
11.
Since the solution of elliptic partial differential equations continuously depends on the boundary condition, the Euler equation derived from variational method cannot be solved without boundary condition. It is often difficult to provide the exact boundary condition in the practical use of variational method. However, in some application problems such as the remote sensing data assimilation, the values can be easily obtained in the inner region of the domain. In this paper, the boundary condition is tried to be retrieved by using part solutions in the inner area. Firstly, the variational problem of remote sensing data assimilation within a circular area is established. The Klein-Gordon elliptic equation is derived from the Euler method of variational problems with assumed boundary condition. Secondly, a computer-friendly Green function is constructed for the Dirichlet problem of two-dimensional Klein-Gordon equation, with the formal solution according to Green formula. Thirdly, boundary values are retrieved by solving the optimal problem which is constructed according to the best approximation between formal solutions and high-accuracy measurements in the interior of the domain. Finally, the assimilation problem is solved on substituting the retrieved boundary values into the Klein-Gordon equation. It is a type of inverse problem in mathematics. The advantage of this method lies in that it overcomes the inherent instability of the inverse problem of Fredholm integral equation and alleviates the error introduced by artificial boundary condition in data fusion using variational method in the past. 相似文献
12.
D. Ren 《Meteorology and Atmospheric Physics》2006,92(1-2):25-32
Summary Richards equation, which is the key relationship for addressing basic soil hydrological processes within the rhizosphere and
constitutes the basis for multiple-layer soil hydrology models for meteorological studies, is modified to include two vegetation
processes: the transpiration (daytime) and hydraulic lift (nighttime). The analytical form of the adjoint system is derived
and can serve as the guideline for discrete forms, as implemented in a variety of multiple layer land surface models. The
modified equation and its adjoint model may be used to address at least two types of inverse problems: estimation of the initial
soil moisture contents from sparse observations of related quantities; and retrieval of critical soil/vegetation parameters
with observations of soil moisture contents (or other related quantities) distributed over a certain period of time. The former
may be of more interest for numerical weather prediction studies, whereas the latter may be more valuable for longer time
integration of climate models. 相似文献
13.
利用任意时刻AVHRR资料近似估计区域地表温度日较差的试验 总被引：1，自引：1，他引：1
根据表征土壤温度日变化的土温方程一阶近似解，提出一种利用一日中任意时刻NOAA－AVHRR图像数据估计地表温度日较差的简易推算方法。该方法尤其可用于反演土壤含水量的计算，当图像数据的时次与热惯量法所要求的最高、最低温度时次配不准的情况下，近似地估计地表温度日较差，进而计算地表热惯量及相应的土壤含水量。用实例验证了该方法的可行性，为进一步推广应用奠定基础。 相似文献
14.
FDR自动土壤水分数据标定问题及解决方法 总被引：4，自引：0，他引：4
针对目前FDR自动土壤水分数据可用性低的实际情况,本文从FDR自动土壤水分站传感器原理出发,结合数据处理流程与方法对湖南60个站点不同层次的标定参数及部分站点的相关观测数据进行了分析,指出目前田间标定法在自然条件下几乎无法得到覆盖土壤各个湿度区间的均匀样本数据,导致二次标定参数不合理是造成FDR自动土壤水分站数据可用性差的根本原因。二次标定方程参数不合理主要表现为方程斜率过大、过小、负值3种情况,导致观测数据增幅过大、常年不变、与实际土壤湿度变化趋势完全相反等问题。最后针对该问题提出了大样本原状取土,实验室标定的解决方法,并对方法进行了初步验证,结果表明该方法能从源头上有效改善土壤水分站观测数据质量。 相似文献
15.
A generalized inverse is presented for the Korteweg–de Vries (KdV) equation, an initial condition and data from synthetic but realistic solitary internal waves. The synthetic data are statistically consistent with hypothesized levels of error in the KdV equation, initial condition and observing system. The observing system consists of point-wise measurements of the pycnocline displacement, either at fixed locations or from a ship drifting in the soliton current. These synthetic inversions are designed using the environmental conditions and disturbances observed by Pinkel [J. Phys. Oceanogr. 30 (2000) 2906]. The inverse solution is found by minimizing a quadratic cost functional, which yields a weighted least-squares best-fit to the KdV equation, the initial condition and the data. The weight for each squared residual is derived from its hypothesized covariance.The minimal value of the least-squares estimator (or cost function) is the test statistic for the error hypotheses and is shown here to be a reliable indicator of grossly incorrect hypotheses. In particular, it will be shown that even with just a single ship survey, the method does lead to decisive tests of hypotheses concerning the level of error in the model. Also, neglect of ship drift is found to be less deleterious to the inversion than is neglect of error in the KdV dynamics.The inverse is calculated by the iterated, direct representer algorithm [Ocean Model. 3 (2001) 137], which is readily extended to include parameter estimation. Significant skill is found for estimating the linear phase speed. 相似文献
16.
FY 2D静止气象卫星OLR反演模式 总被引：1，自引：0，他引：1
介绍FY2D卫星OLR反演模式的建立过程以及模式与NOAA卫星OLR反演模式的相互对比,包括：地球大气红外辐射传输方程,全球3812条大气廓线的大气顶射出辐射率、射出长波辐射通量密度的模拟计算,3812条廓线FY2D窗区通道1、2、水汽通道的通道辐射率模拟计算, 通道辐射率的临边变暗订正关系式的确立、3个通道波段的窄波段辐射通量密度的模拟计算。通过3812条廓线的窄波段辐射通量密度与OLR的XY坐标散点图,建立OLR回归关系式;并通过NOAA17 AVHRR通道5 OLR反演模式与FY2D窗 相似文献
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在四维变分同化中运用集合协方差的试验 总被引：1，自引：1，他引：1
利用浅水方程模式和模式模拟资料进行数值试验比较3种不同的背景误差协方差矩阵处理方法对四维变分(4DVAR)资料同化的影响.3种背景误差协方差矩阵分别是:(1)对单一变量将背景误差协方差矩阵简化为对角矩阵;(2)将背景误差协方差矩阵的作用简化为高斯过滤;(3)由预报集合生成背景误差协方差矩阵并利用奇异值分解技术解决矩阵的求逆.通过一系列数值试验,比较不同观测密度、不同观测误差下3种背景误差协方差处理方法对4DVAR同化效果的影响.结果表明,背景误差协方差的结构对4DVAR有重大影响.当观测资料的空间密度不够高时,采用对角矩阵得不到满意的结果.高斯过滤方案可以明显改善同化结果,但是对背景误差特征长度比较敏感.第3种方法采用的背景误差协方差矩阵是流型依赖的,而且并不以显式的方式出现在目标函数中.避免了对它求逆的复杂运算.由于做了降维处理,在观测点的密度较低和观测误差较大时可望取得较好的同化结果,同化效果较为稳定. 相似文献
18.
A closed system of equations describing an asymmetric disturbance in cylindrical geometry is expanded about a small parameter. The small parameter describes the ratio of the magnitude of divergence in the boundary layer to that above that layer. A low order system describes a gradient wind balance in the radial direction and is quasi-symmetric with respect to the pressure and temperature fields. This system can be solved as an inverse problem for a mature steady state hurricane. The procedure entails asking the questions what structure and heating distributions are required to maintain a given asymmetric distribution of the tangential velocity (i. e. the angular momentum) in steady state. The method of characteristics enables us to solve for the vertical motion. That in turn determines the radial motion from the mass continuity equation. Application of the hydrostatics to the cylindrical thermal wind equation determines the pressure and the thermal fields and finally the required heating fields are deduced from the first law. This entire system of inverse dynamics is linear although no nonlinear terms are dropped from the original direct set of equations. The real data applications of this procedure will be described in part II (to be published in the next issue). 相似文献
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本文是把传统的大气、海洋问题中常用的串行迭代法——Liebmann方法（点迭代）和局地格林函数迭代法（局地点迭代），从算法上变成适合于IBM—4381（P03）双CPU并行执行的并行算法，求解Poisson方程零边界值问题。实例计算试验表明:上述两种方法的并行算法的效率是同一计算问题的串行算法的1.8倍和1.9倍；若把区域扩大，局地格林函数并行迭代效率可达2.8倍，大大超过IBM公司所称P03型机是P01型机的1.7倍的效率；本文还指出IBM-4381（P03）型计算机的两个CPU在执行并行运算时，可以共享数据组。 相似文献