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数值天气预报中集合-变分混合资料同化及其研究进展 总被引：4，自引：0，他引：4
数值天气预报中混合资料同化是结合集合预报与变分同化方法各自优势研究发展的一种新型资料同化方案。它在变分资料同化框架的基础上,利用集合预报扰动场信息的优点,构造具有流依赖属性的背景误差协方差结构,克服变分同化中固定、均匀及各向同性的背景误差协方差的缺陷,改善对不同天气系统预报误差协方差的表达能力,从而改善分析和预报的质量。近年来,基于集合与变分方法的混合资料同化快速成为数值预报资料同化发展的新趋势,具有良好的业务应用潜力。对集合与变分混合资料同化的研究进展进行综述,在简要介绍数值天气预报中资料同化发展趋势的基础上,分析混合资料同化方案的理论框架和优势,总结混合资料同化的发展和研究成果,并讨论我国研究和发展混合资料同化的基础和前景及面临的问题,指出混合资料同化发展中亟需研究的关键科学问题。 相似文献
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该文系统地回顾了近10—15年来中期数值天气预报在数值模拟,资料同化,业务预报技巧,模式系统误差方面的研究进展。着重介绍了欧洲中期天气预报中心(ECMWF)业务预报模式和资料同化系统的主要变化。最后,对数值天气预报的未来前景作一展望。 相似文献
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中国数值天气预报的自主创新发展 总被引：1，自引：0，他引：1
数值天气预报是天气预报业务和防灾、减灾的核心科技。中国数值天气预报研究和业务应用一直受到高度重视,在理论、方法和数值模式研究方面取得了有广泛国际影响的研究成果。在回顾新中国数值天气预报自主创新研究成果的基础上,重点对GRAPES（Global Regional Assimilation and PrEdiction System）半隐式半拉格朗日格点模式与物理过程的研发和业务应用的状况以及所取得的重要科学进展进行了综述。近年来,通过自主研发建立了中国数值天气预报业务体系—GRAPES体系。首次以自主技术实现了从区域3—10 km到全球25—50 km分辨率的确定性预报和集合预报系统,并在模式动力框架、四维变分同化和卫星资料同化技术等方面有所突破,建立了大气化学数值天气预报、台风数值预报和海浪预报等系统。自主研发的数值天气预报体系的建立是长期坚持既定科学技术方向以及研究和业务紧密结合、经验不断积累的结果,是中国自主发展数值天气预报技术的重要起点。 相似文献
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辛渝 《沙漠与绿洲气象(新疆气象)》2021,15(1):133-143
概述了新疆气象局数值天气预报业务同化系统近年围绕资料同化开展的技术开发与针对新疆强降水天气过程所开展的多源资料同化应用试验和评估。确信FY2E云导风、FY4A温湿廓线和云导风、区域雷达资料的同化，以及晴空下高频段的AMSU-A-NOAA-N18、AMSU-A-NOAA-19、METOP-A、ATMS_SNPP资料的同化对业务模式预报均有正贡献。针对在业务中如何提高资料应用率以及当前发现但并未解决的物理不合理性问题，指出了新疆气象局数值预报业务系统维护应有的常态化工作，以及业务技术开发和短临预报系统建设所缺少的其它科技支撑等。提出的以资料同化为支点的科技研发方向，。本综述为对提高发展新疆区域数值模式预报研发和应用适合于本地化的业务同化系统具有一定的参考意义。 相似文献
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数值天气预报中卫星资料同化应用现状和发展 总被引：15，自引：1，他引：14
卫星资料已大量应用于数值天气预报,占据了所用观测资料的主体并对数值天气预报效果的改善具有明显的作用。目前卫星资料的同化应用一方面在努力解决受地表辐射、云和降水影响的卫星观测资料的同化问题,以充分利用现有卫星资料并发挥其效能,同时发展适应伴随全球观测系统建立而带来大数量和多种类新类型卫星资料的同化应用。文章介绍了为满足卫星资料在数值天气预报中同化应用现状与发展而建立的两个卫星资料同化研究中心(JCSDA:Joint Center of Satellite Data Assimilation和NWP SAF:Satellite Applications Facility for Numerical Weather Prediction)的基本情况,并简要讨论我国数值天气预报中卫星资料同化应用。 相似文献
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AREM模式对0604、0605号台风的预报分析 总被引：1，自引：0，他引：1
卫星资料已大量应用于数值天气预报,占据了所用观测资料的主体并对数值天气预报效果的改善具有明显的作用.目前卫星资料的同化应用一方面在努力解决受地表辐射、云和降水影响的卫星观测资料的同化问题,以充分利用现有卫星资料并发挥其效能,同时发展适应伴随全球观测系统建立而带来大数量和多种类新类型卫星资料的同化应用.文章介绍了为满足卫星资料在数值天气预报中同化应用现状与发展而建立的两个卫星资料同化研究中心(JCSDA:Joint Center of Satellite Data Assimilation和NWP SAF:Satellite Applications Facility for Numerical Weather Prediction)的基本情况,并简要讨论我国数值天气预报中卫星资料同化应用. 相似文献
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本文系统地回顾了近10-15年来中期数值天气预报在数值模拟、资料同化、业务预报技巧、模式系统误差方面的研究进展.着重介绍了欧洲中心ECMWF业务预报模式和资料同化系统的主要变化.最后,对数值天气预报的未来前景作一展望. 相似文献
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AMSU资料变分同化及在暴雨数值模拟中的应用研究 总被引：7，自引：1，他引：7
在中尺度数值模拟中,利用中国气象科学研究院数值天气预报创新基地开发的GRAPES三维变分同化系统,对AMSU-A/B微波遥感资料进行了同化试验,研究了这种资料在我国夏季暴雨数值预报中的作用。以2003年7月4日的一次暴雨过程为例,分析了同化结果及模拟结果,结果表明:(1)单独同化AMSU-A资料主要改进了初始温度场,而单独同化AMSU-B资料主要改进了初始湿度场;(2)无论是同化AMSU-A资料还是同化AMSU-B资料,对暴雨预报都有一定的改进作用,但是同化AMSU-B资料的改进作用更明显;(3)同时同化AMSU-A/B资料比只使用其中一种资料的模拟效果好,可以更好地改进模拟的暴雨落区及强度,使结果与实况更加接近。使用AMSU资料,对我国夏季暴雨数值预报有改进作用。 相似文献
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中国气象科学研究院 (灾害天气国家重点实验室) 自2000年起, 先后在科技部“973”重大基础项目“我国重大天气灾害形成机理和预测理论研究”和“十五”重点攻关项目“中国气象数值预报系统技术创新研究”支持下, 主持承担了中国气象局新一代全球/区域多尺度通用同化与数值预报系统GRAPES (Global/Regional Assimilation and PrEdiction System) 的研究开发, 围绕着资料同化、模式动力框架、物理过程、大型软件工程等核心技术开展了自主创新研究, 取得了非静力中尺度模式、三维变分资料同化、标准化、模块化、并行化模式程序软件等方面的突出成果, 部分成果已在业务上得到了应用, 显示了良好的技术性能和业务发展潜力。GRAPES系统是完全依靠中国科学家的力量自主研究发展的、先进的新一代数值预报系统。该文简要介绍GRAPES的研究内容、主要研究进展和初步应用, 以及未来发展的初步计划。 相似文献
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Numerical Weather Prediction in China in the New Century ——Progress, Problems and Prospects 总被引：4，自引：0，他引：4
This paper summarizes the recent progress of numerical weather prediction(NWP)research since the last review was published.The new generation NWP system named GRAPES(the Global and Regional Assimila- tion and Prediction System),which consists of variational or sequential data assimilation and nonhydrostatic prediction model with options of configuration for either global or regional domains,is briefly introduced, with stress on their scientific design and preliminary results during pre-operational implementation.In ad- dition to the development of GRAPES,the achievements in new methodologies of data assimilation,new improvements of model physics such as parameterization of clouds and planetary boundary layer,mesoscale ensemble prediction system and numerical prediction of air quality are presented.The scientific issues which should be emphasized for the future are discussed finally. 相似文献
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针对GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)模式三维变分系统高层背景场温湿廓线外推方案的局限性,提出以气候垂直廓线重新构造高层温湿垂直结构,以减小外推方案的偏差。首先采用一维变分同化系统,展开模拟实验:分析目前模式中使用的外推方案误差及其对反演结果的影响,利用高层大气气候廓线构造垂直结构并分析同化偏差。最后,运用GRAPES全球分析预报系统进行同化实验并分析改进程度。结果显示:模拟研究表明采用高层背景场温湿廓线外推方案与实际观测相比最大偏差在1 h Pa附近可达数十度以上,不仅影响平流层,而且对对流层也有影响;用气候温度数据修正GRAPES高层温度数据,可以减少50%以上的偏差,证明了用气候值高层数据优化现行GRAPES模式中同化系统高层插值方案的可行性。全球GRAPES三维变分同化试验结果显示,改进方案不仅显著的改善平流层分析质量,对对流层中高层也有改进。 相似文献
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GRAPES的新初始化方案 总被引：5，自引：2，他引：3
四维变分同化由于引入预报模式作为一项约束,理论上它的分析场已经具有较好的平衡性,但实施时还会有诸多因重力波导致的高频振荡过程,因此,四维变分同化(4DVar)分析仍需要初始化。文中描述了GRAPES全球四维变分同化系统(GRAPES-4DVar)的新初始化方案的科学设计、公式演绎以及试验结果。GRAPES-4DVar的新初始化方案采用数字滤波方案作为代价函数的一项约束控制重力波引发的不平衡结构,约束强加在分析增量上与极小化迭代过程同步进行。新的初始化方案是变分同化系统的一部分,数字滤波的积分时间与4DVar的同化时间窗一致,不会对4DVar产生额外的计算资源消耗;并能适应长时间窗的同化,不会因为时间窗的延长而削弱慢波过程。新初始化方案中,模式轨迹的光滑程度可在变分同化中通过重力波控制项的权重系数方便控制。GRAPES全球四维变分同化的理想和循环同化批量试验都表明,在四维变分同化中,重力波的控制依然非常重要,具有初始化的GRAPES试验,无论分析还是预报技巧都较无初始化的有明显优势。与以前分析和滤波独立实施的旧初始化方案相比,新方案的分析和预报效果略优,同时有效地节省循环同化系统的运行时间,这对四维变分同化来说非常重要。 相似文献
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WANG Bin LIU Juanjuan WANG Shudong CHENG Wei LIU Juan LIU Chengsi Qingnong XIAO Ying-Hwa KUO 《大气科学进展》2010,27(4):715-727
Four-dimensional variational data assimilation (4DVar) is one of the most
promising methods to provide optimal analysis for numerical weather
prediction (NWP). Five national NWP centers in the world have successfully
applied 4DVar methods in their global NWPs, thanks to the increment method
and adjoint technique. However, the application of 4DVar is still limited by
the computer resources available at many NWP centers and research
institutes. It is essential, therefore, to further reduce the computational
cost of 4DVar. Here, an economical approach to implement 4DVar is proposed,
using the technique of dimension-reduced projection (DRP), which is called
``DRP-4DVar." The proposed approach is based on dimension reduction using
an ensemble of historical samples to define a subspace. It directly obtains
an optimal solution in the reduced space by fitting observations with
historical time series generated by the model to form consistent forecast
states, and therefore does not require implementation of the adjoint of
tangent linear approximation.
To evaluate the performance of the DRP-4DVar on assimilating different types
of mesoscale observations, some observing system simulation experiments are
conducted using MM5 and a comparison is made between adjoint-based 4DVar and
DRP-4DVar using a 6-hour assimilation window. 相似文献
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为了把反映天气形势变化的背景误差协方差引入到变分分析系统中来提高分析质量,本文在GRAPES区域三维变分框架的基础上通过扩展控制变量方法实现动态与静态背景误差协方差耦合,建立混合三维变分分析系统（GRAPES Hybrid-3DVar）。通过控制变量扰动产生的集合样本进行单点观测分析试验验证Hybrid-3DVar及其局地化方案的合理性,并针对台风苏迪罗进行实际观测资料同化和数值预报试验,结果表明:用集合样本描述的背景误差协方差是随着天气流型变化的,动力场和质量场的离散度在台风中心处最大,因而混合同化的分析增量包含更多细微结构和中小尺度信息;其分析和24 h内预报要素质量优于3DVar,24 h内降水强度和落区预报也更准确,混合同化分析改善了3DVar分析的降水空报问题;同时混合同化分析的24 h内台风路径预报也最接近实况,台风强度预报在48 h之内都比3DVar更接近观测。 相似文献
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Conjugate Gradient Algorithm in the Four-Dimensional Variational Data Assimilation System in GRAPES 总被引：2，自引：2，他引：0
Minimization algorithms are singular components in four-dimensional variational data assimilation (4DVar). In this paper, the convergence and application of the conjugate gradient algorithm (CGA), which is based on the Lanczos iterative algorithm and the Hessian matrix derived from tangent linear and adjoint models using a non-hydrostatic framework, are investigated in the 4DVar minimization. First, the influence of the Gram-Schmidt orthogonalization of the Lanczos vector on the convergence of the Lanczos algorithm is studied. The results show that the Lanczos algorithm without orthogonalization fails to converge after the ninth iteration in the 4DVar minimization, while the orthogonalized Lanczos algorithm converges stably. Second, the convergence and computational efficiency of the CGA and quasi-Newton method in batch cycling assimilation experiments are compared on the 4DVar platform of the Global/Regional Assimilation and Prediction System (GRAPES). The CGA is 40% more computationally efficient than the quasi-Newton method, although the equivalent analysis results can be obtained by using either the CGA or the quasi-Newton method. Thus, the CGA based on Lanczos iterations is better for solving the optimization problems in the GRAPES 4DVar system. 相似文献
18.
伴随技术是四维变分同化（4DVar）系统中计算代价函数梯度的最佳办法,切线性和伴随模式的效果和效率直接影响着4DVar系统的发展。基于GRAPES（Global and Regional Assimilation PrEdiction System）全球切线性和伴随模式1.0版本,利用GRAPES全球模式2.0版本在并行框架和性能等方面的改善,重新优化和设计了GRAPES全球切线性伴随模式2.0版本,提高了GRAPES全球切线性和伴随模式的效果和效率,优化了切线性模式程序结构,使其计算时间最优可控制在非线性模式的1.2倍以内;采用在切线性模式中保存基态的方法,重构了伴随模式的程序结构,使其计算时间最优控制在非线性模式的1.5倍以内;在GRAPES全球切线性物理过程的设计中,将线性物理过程的轨迹基态计算和切线性扰动计算解耦,提高了GRAPES全球切线性和伴随模式的计算效果和效率。 相似文献
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在进行多次外循环更新的增量分析框架下,前一次极小化迭代过程中产生的信息可提供给下一次极小化做预调节。该文在GRAPES全球四维变分同化系统中对极小化算法——L-BFGS算法实施了这种预调节,通过全观测的个例试验和批量试验进行评估,发现进行预调节后L-BFGS算法的收敛效率得到明显提高,而且在1个月的循环试验中表现十分稳定。该工作可以帮助GRAPES全球四维变分同化系统有效减少极小化的迭代次数,有利于满足业务化运行的时效要求。另外,间隔6 h和间隔24 h的两次4DVar分析对应的海森矩阵变化不大,因此,前一时刻极小化过程产生的信息提供给后一时刻的极小化进行预调节也有一定效果。 相似文献