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1.
目标观测是有效提升观测效能和观测质量的一种观测策略,其核心部分是敏感区的识别。本文在Lorenz-96模式上比较了奇异向量法(SVs)、集合变换卡尔曼滤波法(ETKF)和条件非线性最优扰动法(CNOP)识别敏感区的优劣,并尝试揭示ETKF方法性能不稳定的原因与机制。试验结果表明:在312h内的不同预报时刻,CNOP方法识别的敏感区范围较小且对预报效果的提升率最高;SVs方法识别的敏感区对72h内的预报有较好的改进,但72h后改进程度急剧下降,到120h后基本失效;ETKF方法识别的敏感区在72h内不如其他方法的效果好。此外,在ETKF方法识别的敏感区与随机选取的敏感区对比中发现,由于ETKF方法操作时采用顺序观测资料处理方案搜寻敏感区,本质上忽略了观测资料间的相关性,导致ETKF方法识别出的敏感区并不一定是全局信号方差最大的区域,对预报效果的改善有限,这也说明了如何优化敏感区搜寻方案是提高ETKF方法效能的关键。 相似文献
2.
一种求解条件非线性最优扰动的快速算法及其在台风目标观测中的初步检验 总被引：2，自引：0，他引：2
条件非线性最优扰动(CNOP)是Mu等2003年提出的一个新的理论方法,它是线性奇异向量在非线性情形的推广,克服了线性奇异向量不能代表非线性系统最快发展扰动的缺陷,成为非线性系统可预报性和敏感性等研究新的有效工具.然而,由于以往CNOP的求解需要采用伴随技术,计算量相当巨大,限制了该方法的推广应用.为了克服这一困难,本文基于经验正交分解(EOF),提出了一种求解CNOP的快速算法,利用GRAPES区域业务预报模式实现了CNOP快速计算,并在台风"麦莎"的目标观测研究中得到初步检验,通过观测系统模拟实验(OSSE)检验了该方法确定敏感性区域(瞄准区)的有效性和可行性.试验结果表明,用快速算法求解的CNOP,其净能量随时间快速地发展,而且发展呈非线性.在台风"麦莎"个例的目标观测试验中,用快速算法得到的预报时间为24 h的CNOP可以有效地识别瞄准区,并通过瞄准区内初值的改善,可明显减少目标区域(检验区)内24 h累计降水预报误差.尤其,累计降水预报的这种改进效果能够延伸到更长时间(如72 h),尽管检验时间是设在第24小时.进一步分析发现,24 h累计降水预报误差的减少是通过利用瞄准区内改善的初值改进初始时刻台风暖心结构、高空相对涡度以及水汽条件等而得以实现的. 相似文献
3.
条件非线性最优扰动在长江中下游地区冬季暴雨中的应用研究 总被引：1，自引：0，他引：1
为了提高长江中下游地区高影响天气的数值预报,利用条件非线性最优扰动(CNOP)方法,对一次长江中下游地区冬季降水个例(高影响天气事件)进行目标观测研究,并通过观测系统模拟试验(OSSE)检验了该方法确定敏感区的有效性和可行性。试验结果表明,CNOP方法可有效识别对应于高影响天气事件的敏感区。通过对敏感区进行初始场修正后,可明显改善验证区内24 h累积降水预报误差和总能量预报误差。进一步分析发现,通过改善敏感区内的初始场信息(如水汽通量场和低层冷空气活动等),使得数值模式不仅能更真实刻画该天气系统的初始结构,还能更好模拟出该天气系统随时间的演变特征,因而减少了验证区内对该天气系统的预报误差。这一结果表明可以把CNOP方法应用于长江中下游地区高影响天气事件的目标观测研究或实践中。 相似文献
4.
针对一次典型华南暴雨过程,利用适应性观测技术确定对华南暴雨预报起关键作用的敏感区,并设计一组试验方案,以目前国内实际地面观测站点分布为前提,在敏感区内增加不同数量的均匀随机分布的地面观测资料,通过MM5(The Fifth PSU/NCAR Mesoscale Model)三维变分(3DVAR)同化系统对已有的地面观测站点资料和敏感区内所增加的观测进行同化,考察地面观测站点的分布对关注区域内预报效果的影响。试验结果表明,各试验对降水的预报差异不大;而以扰动总能量的大小衡量预报水平,与CTRL试验相比,在敏感区内增加观测对短时临近数值预报效果的改善尤为明显,若敏感区内增加75%的地面观测,可使24 h后的关注区域内的数值预报水平提高12.6%,而随着敏感区内地面观测站点的增加,关注区域内的预报水平并没有得到相应提高,这说明布设过多的地面观测站点不但不能改善预报效果,反而造成资源浪费。因此,这一结果为充分利用有限资源、更好设计地面观测站网、最大限度提高华南暴雨的预报水平有很好的理论指导作用。 相似文献
5.
在基于集合卡尔曼变换(Ensemble Transform Kalman Filter,ETKF)方法的适应性观测系统的基础上,考虑湿度因子作用并增加对流层低层的大气运动信息,发展了更加适用于我国中尺度高影响天气系统敏感区识别的优化方案。针对环北京夏季暴雨和冬季降雪的高影响天气个例,分别设计4组试验进行观测敏感区识别试验,考察了优化方案目标观测敏感区识别质量,并对分析和预报结果进行了评估。结果表明:优化方案的目标观测敏感区识别效果最佳,对环北京夏季暴雨和冬季降雪天气的目标观测敏感区质量有明显改善,湿度因子可使最强观测敏感区更加集中,对夏季降水敏感区的影响比冬季降雪天气更加明显。低层大气信息的引入对最强观测敏感区的准确识别也具有重要的积极作用。目标观测敏感区的目标资料对分析和短期预报质量具有明显的正贡献。 相似文献
6.
对近年来利用条件非线性最优扰动（Conditional Nonlinear Optimal Perturbation,CNOP）方法开展的黑潮目标观测研究进行了总结,主要包括日本南部黑潮路径变异的目标观测研究、黑潮延伸体模态转变的目标观测研究和源区黑潮流量变化的目标观测研究。通过计算这些事件的CNOP型扰动,发现这些事件的CNOP型扰动具有局地特征,可以作为实施目标观测的敏感区。理想回报试验结果表明,如果在由CNOP方法识别的敏感区内实施目标观测,则会大幅度提高上述事件的预报技巧。 相似文献
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基于TIGGE(THORPEX Interactive Grand Global Ensemble)资料,通过对比两类强降水过程,分析了集合变换卡尔曼滤波(Ensemble Transform Kalman Filter,ETKF)适应性观测敏感区识别方法在实际应用中的具体环节。试验中使用两种分辨率和不同范围的集合预报资料得到的信号方差空间分布和极大值区基本一致,而在实施计算中使用适当分辨率和范围的集合预报资料能够大大节省计算时间;使用可获得的最近时刻为初值的集合预报资料得到的敏感区识别结果更加可靠;使用不同中心集合预报资料得到的敏感区识别结果有一定差异,但对于比较典型的夏季主雨带降水过程,各中心资料得到的结果较一致,敏感区识别结果比较可靠;不同类型强降水过程的敏感区对选取的度量函数具有一定依赖性。 相似文献
8.
基于CNOP方法的台风目标观测中三种敏感区
确定方案的比较研究 总被引：1，自引：0，他引：1
在目标观测中,敏感区的确定是个关键性的问题。本文详细研究了如何用条件非线性最优扰动（CNOP）方法确定敏感区。提出了三种确定敏感区的方案:水平投影方案、单点能量投影方案以及垂直积分能量方案。比较了三种方案确定的敏感区的差异,分析了它们所阐释的物理意义,讨论了它们的优缺点,并通过理想回报试验考查了不同方案确定的敏感区的有效性。对六个台风个例的应用结果显示,单点能量投影方案与垂直积分能量方案下识别的敏感区较为相似,二者与水平投影方案确定的敏感区则有较大的区别。两种能量方案确定的敏感区更多地反映了环境场对台风的影响,而水平投影方案则反映了台风自身对流不对称性结构对台风发展变化的影响。理想回报试验结果表明,由两种能量方案确定的敏感区对预报误差能量的减小程度以及路径预报的改善程度都要大于水平投影方案确定的敏感区的效果,且垂直积分能量方案确定的敏感区的有效性最高。而在强度预报方面,三种方案对预报效果的改善程度相当。因此,总的说在台风目标观测研究中,利用CNOP方法确定敏感区时,垂直积分能量方案是较佳的方案。 相似文献
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适应性观测可以改善资料同化和预报质量。本文利用集合卡尔曼变换适应性观测系统对2015年09号台风“灿鸿”进行了观测敏感区识别,并以第一目标时刻的观测敏感区为基础,运用观测系统模拟试验方法获取模拟的适应性观测资料。基于WRF中尺度同化和预报系统,开展了适应性观测敏感区模拟资料的同化和预报试验。研究发现,台风“灿鸿”(1509)的观测敏感区主要位于台风中心的东北侧及东南侧。同化敏感区内模拟观测资料比同化常规观测资料能更好地改善分析质量和高度、台风路径的预报质量,但对降水的预报改善较弱。 相似文献
10.
适应性观测是指为了有针对性地提高高影响天气数值预报的质量,在已有观测系统基础上对特定敏感区域/特定时段进行补充性加强观测。十多年来,这种旨在提高数值预报质量的新策略在国际上引起高度重视,成功开展了多个系列外场观测试验,并在适应性观测敏感区识别方法的发展和适应性观测资料同化后对数值预报质量影响的定量评估等方面均取得了重要的研究成果。文中简述了适应性观测问题及其目的,着重分析和总结了目标敏感区识别方法及其特点和适应性观测对数值预报质量的影响等方面的研究进展,并讨论了适应性观测资料改进未来数值预报质量需要解决的关键科学问题。 相似文献
11.
近年来,通过适应性观测技术来减小预报误差已成为国际上数值预报中的一项关键技术,然而实施适应性观测对减小预报误差的影响评估是一个需要深入讨论的问题。文中利用奇异向量方法以2007年3月4日东北地区暴风雪天气过程为研究对象,考察了预报误差对不同观测区域观测资料的敏感性,在确定能量范数的基础上,分析了奇异向量的水平分和特征和垂直分布特征,利用奇异向量的空间结构确定了敏感区域。通过伪逆初始扰动场作为分析误差,研究验证区域的预报误差对不同区域增加观测的敏感性,试验结果表明,在敏感区域内进行补充观测来改善分析误差,能够最有效地提高验证区域内的预报水平;而减小非敏感区域内的分析误差对减小预报误差的贡献相对较小。这些结果表明,利用奇异向量法定义敏感区进行适应性观测,能够和有限的观测资源和计算资源的条件下,最大程度地减小验证区域的预报误差,从而达到提高验证区域预报准确率的目的。 相似文献
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Impact of Different Guidances on Sensitive Areas of Targeting Observations Based on the CNOP Method 总被引：1，自引：0，他引：1 
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下载免费PDF全文 The conditional nonlinear optimal perturbations(CNOPs) obtained by a fast algorithm are applied to determining the sensitive area for the targeting observation of Typhoon Matsa in 2005 using an operational regional prediction model-the Global/Regional Assimilation and PrEdiction System(GRAPES).Through a series of sensitivity experiments,several issues on targeting strategy design are discussed,including the effectivity of different guidances to determine the sensitive area(or targeting area) and the impa... 相似文献
13.
Hongli Feng Lyubov A. Kurkalova Catherine L. Kling Philip W. Gassman 《Climatic change》2007,80(1-2):91-107
This study investigates the carbon sequestration potential and co-benefits from policies aimed at retiring agricultural land
in the Upper Mississippi River Basin, a large, heavily agricultural area. In addition to empirically measuring environmental
co-benefits, we also compute economic transfers, which have sometimes been referred to as a co-benefit. Very little empirical
work measuring the potential magnitude of these transfers has previously been undertaken. We compare and contrast alternative
targeting schemes. We find that there are considerable amount of co-benefits and transfers and that the geographic distribution
of co-benefits and transfers varies significantly with the specific benefit targeted. This implies that policy design related
to targeting can have very important implications for both environmental conditions and income distributions in sub-regions.
Issues related to policy design in the presence of co-benefits are considered.
Senior authorship is shared equally between the first two authors.
All views are those of the authors and not necessarily the funding agencies. 相似文献
14.
Valuable dropsonde data were obtained from multiple field campaigns targeting tropical cyclones, namely Higos,Nangka, Saudel, and Atsani, over the western North Pacific by the Hong Kong Observatory and Taiwan Central Weather Bureau in 2020. The conditional nonlinear optimal perturbation(CNOP) method has been utilized in real-time to identify the sensitive regions for targeting observations adhering to the procedure of real-time field campaigns for the first time. The observing system experiments... 相似文献
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研究了西昌发射场特殊地形及地形梯度对其暴雨天气的影响。对比分析表明：2004年6月23日暴雨过程属于低涡切变型暴雨，6月27日暴雨过程属于两高辐合型暴雨。利用MM5V3．7进行了多组地形敏感试验，结果表明：场区北侧山脉对场区降水量影响明显，西昌东侧山脉对西昌降水量影响明显。地形梯度分析表明，西昌地区所处的河谷地形和场区所处喇叭口小地形，有利于中小尺度气压扰动的发生、发展和暴雨的产生，当地形梯度减弱时，降水量相应减弱。 相似文献
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Hye-In Jeong Doo Young Lee Karumuri Ashok Joong-Bae Ahn June-Yi Lee Jing-Jia Luo Jae-Kyung E. Schemm Harry H. Hendon Karl Braganza Yoo-Geun Ham 《Climate Dynamics》2012,39(1-2):475-493
Forecast skill of the APEC Climate Center (APCC) Multi-Model Ensemble (MME) seasonal forecast system in predicting two main types of El Niño-Southern Oscillation (ENSO), namely canonical (or cold tongue) and Modoki ENSO, and their regional climate impacts is assessed for boreal winter. The APCC MME is constructed by simple composite of ensemble forecasts from five independent coupled ocean-atmosphere climate models. Based on a hindcast set targeting boreal winter prediction for the period 1982–2004, we show that the MME can predict and discern the important differences in the patterns of tropical Pacific sea surface temperature anomaly between the canonical and Modoki ENSO one and four month ahead. Importantly, the four month lead MME beats the persistent forecast. The MME reasonably predicts the distinct impacts of the canonical ENSO, including the strong winter monsoon rainfall over East Asia, the below normal rainfall and above normal temperature over Australia, the anomalously wet conditions across the south and cold conditions over the whole area of USA, and the anomalously dry conditions over South America. However, there are some limitations in capturing its regional impacts, especially, over Australasia and tropical South America at a lead time of one and four months. Nonetheless, forecast skills for rainfall and temperature over East Asia and North America during ENSO Modoki are comparable to or slightly higher than those during canonical ENSO events. 相似文献
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This paper describes the impact of altered land use on urban flooding in Northwest Indiana over a 10-year time span between 1992 and 2001. The studied watershed, the Great Calumet basin, is located on the south shore of Lake Michigan, which is well known as a highly industrialized area. The flood peaks and the time-to-peak values are used to analyze the flooding problems of the study area. The study uses a Hydrologic Engineering Center for Hydrologic Modeling System (HEC-HMS) model to explore the change in land use represented by Curve Number (CN). The model parameters are calibrated using archived raintall data available in National Climatic Data Center (NCDC) and United States Geological Survey (USGS) Instantaneous Data Archive (IDA). All four simulations show that the peak flow of simulated hydrographs in the terrain conditions of 2001 is by 22% higher than that in the terrain of 1992. The paper concludes with the results of simulation analyses that can be used to remedy flooding problems in the study area. 相似文献
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为了加深对川渝地区短时强降水天气的认识,为提高业务预报技巧及改进数值模式提供参考,选取了川渝地区一次短时强降水天气过程,基于对流尺度集合预报系统,开展了目标区域平均降水量对模式初值的集合敏感性分析,并探讨了相应的动力学机制。主要结论如下：敏感区的分布与对目标区域降水起到关键影响作用的系统有较好的对应：850 hPa和700 hPa西南低涡周围的敏感区呈现出正负相间的分布特征,500hPa低压槽左（右）侧为负（正）敏感区,250 hPa高空西南急流区域（南侧）为正（负）敏感区,中低层与锋区前（后）部对应区域为正（负）敏感区。说明西南低涡周围负（正）敏感区的西北（东南）风越强,低压槽左（右）侧西北（东南）风越强,高空急流区域（南侧）西南（东北）风越强以及锋前（后）温度越高（低）,则越有利于西南低涡内的辐合上升运动,500 hPa低压槽的加强,250 hPa高空辐散的加强,锋区温度梯度增大以及锋面抬升作用加强等并对目标区域的降水产生正面的影响。 相似文献
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利用多源气象资料，对台风“温比亚”引发豫东降水的极端性特征及极端降水产生机制进行分析，提炼预报着眼点。此次降水是河南继驻马店“75·8”暴雨之后的又一次罕见特大暴雨，表现为过程雨量极大、破极值站数最多、降水强度极大、强降水时段集中的特征。结果表明：（1）高低空系统耦合为特大暴雨的发生发展创造了良好的环境条件，极端降水的产生主要受台风北侧螺旋云系影响，并有持续不断的强回波单体在同一个地点移动，冷空气与台风环流相互作用是重要的预报着眼点，重点分析台风和副热带高压的相对运动及西风带对台风的引导作用。（2）河南东部水汽输送条件一直处于较好的状态，这是降水维持较长时间的重要因素，急流中心区域和强度的变化对降水量多少有指示意义。（3）豫东地区对流不稳定和斜压不稳定均比较明显，低层MPV1<0、MPV2>0的区域与强降水落区有较好的对应关系。（4）强辐合中心位于台风中心的北侧，降水强度与辐合强度有较好的对应关系，螺旋度大值区分布对强降水的分布区域有较好的指示意义。 相似文献