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1.
本文对如何提高气象要素的垂直插值精度以减少数值模式中的计算误差的问题作了详细讨论。文中提出了三种温度对气压的分布关系,并检验了它们在数值模式中应用时的优劣。结果表明,温度随气压对数和随高度成线性关系的分布假设较好。试验还证明,当模式中具有高和陡的地形时,用模式大气底层的温压关系去外插地面以下的温度和位势高度时,会造成很大的不规则的误差。用等压面上局地温度相等的假定以及用水平热力结构相同的假设可大大减小外插误差并改善气压梯度力的计算方法。 相似文献
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本文假设温度场与气压对数成逐段线性分布。在有地形时,气压梯度力项采用在P坐标系计算的方法,即回插法。分别用理想地形和温压场分布及两个实例检验了高度场垂直插值不同方法的误差。结果表明,假设高度场随气压对数平方成逐段线性分布的方法,可以简化计算,节省机时,计算精度也较高。 相似文献
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《高原气象》2020,(2)
在对数值模式预报产品进行精细化释用处理中,为考虑模式地形与实际地形之间的差异性,本文提出了一种用于复杂地形下,综合考虑模式地形与实际地形的精细化三维插值方法,并将该方法应用于北京冬奥会重点区域的100 m高分辨率精细化温度产品释用中。算法先根据模式地形和实际地形的临界高度进行不同的三维插值,然后使用高斯模糊算法对插值后的结果进行处理用于模式产品的释用。利用2019年2月4-19日的地面自动站观测资料,对比分析原始数值预报温度产品和经过插值得到的精细化释用产品,定性分析结果表明:高分辨率释用产品有效考虑了实际复杂地形的影响,比原始数值预报产品更加精细化、美观化。客观检验结果表明:以自动站观测为实况,经过本文插值方法得到的高分辨率地面温度场比原始数值模式温度场的均方根误差、绝对误差和偏差均显著减小。因此,本文提出的基于高斯模糊的复杂地形下高分辨率三维插值方法可以保证释用产品的美观性和精细化,更重要的是也可以减小误差以提升产品的准确性。 相似文献
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区域模式参考大气扰动量算法的预报试验 总被引：1，自引：0，他引：1
引进参考大气方法以降低垂直运动方程中的量级差,并设计了位温直接计算法、气压直接计算法和混合算法三种不同方案来改进预报效果。结果表明,这三种不同方案对500 hPa位势高度和温度的垂直分布的预报有较大影响,其中,混合算法的温度分布预报结果与NCEP分析场最接近。在三种方案的预报效果评估检验中,混合算法对风速、位势高度(hv)、降水量和2 m温度(T2m)的预报效果最好。在三种方案中,平均初始温度场的参考大气廓线的预报效果要优于等温参考大气廓线;在不同的参考大气状态下,混合算法在风速、位势高度、降水量和2 m温度的预报效果最好。 相似文献
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模式地形与实况站点地形高度间固有差异严重影响了2 m温度检验评估精度,传统二维插值方法仅满足预报要素与实况观测间经纬度二维空间上的一致性,而忽略了垂直方向的一致性问题,使得检验评估中预报与观测不在同一三维空间上进行检验,从而引起严重的评估误导.利用模式三维预报变量,结合近地面要素预报产品,建立新的近地面要素三维插值方法,以确保预报与观测在三维空间上保持一致性.利用2013年7月整月24 h预报产品与观测的对比分析发现,新插值方法有效地改进了由于地形误差引起的评估误导问题,在不同地形高度条件下均保持了较为一致的误差分布趋势,显示其评估结论不受地形因素影响,具有更好的实际应用价值.进一步关注新插值方法在复杂地形区不同模拟分辨率条件下的评估改进效果,采用GRAPES区域预报模式（GRAPES-MESO4.0）针对2012年7月个例,对青藏高原复杂地形区进行了不同分辨率（45、15、5和2 km）条件下的60 h模拟敏感分析,结果表明新插值方法在高分辨率条件下（2 km）依然显示出明显的改进优势. 相似文献
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在数值预报中,初始场的垂直插值精度是众所关心的问题。本文利用给定的温度场和高度场的垂直分布廓线,检验了几种垂直插值方法的插值精度。这几种方法是拉格朗日多项式插值法、局地线性插值法和本文提出的局地样条函数插值法。检验证明,当初始资料的层次较多,例如10层以上时,三种方法的内插精度都较高,其中尤以拉格朗日法和局地样条法为好,它们的误差趋于零。线性插值法的误差略大且在各垂直层次上都是同号的。当初始资料的垂直层次为5层时,拉格朗日法和局地样条法的插值精度相当,而线性插值法则较差。当高度场和温度场用静力方程进行调整时,则样条函数法的高度误差变为最小。检验结果还表明,在五个层次上给出初始资料一般已可保证垂直插值的精度了。少于5层,例如只有3层时,无论哪种方法插值精度都不高,线性插值方法仍为最差。 本文还指出,为了保证垂直插值精度,可以同时给定高度场和温度场资料且进行独立插值。但为使温度场和高度场的初始插值精度能在数值预报模式的时间积分中继续保持下去,应当使用不同于通常积分形式的静力方程,文中给出了静力方程的新积分形式。 相似文献
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CCM3/NCAR的辐射方案在IAP-AGCM模式中的应用 总被引：2，自引：1，他引：1
利用NCAR的CCM3 (The Community Climate Model version 3) 辐射模块, 对IAP9L－AGCM的辐射计算方案进行了替换, 并对改进的结果做了细致的评估。分析表明, 新版本的模式在大多数辐射场的空间平均和分布型的模拟上有了较为明显的改进, 特别是较好地克服了原模式中陆面净辐射场的偏差。在此基础上, 新版本计算的大气温度普遍升高。伴随这种变化, 模式中的海平面气压、 地表温度、 位势高度、 风场、 降水、 比湿等物理量都有了调整, 但是变化并不明显, 从而对模式的进一步发展和完善提出了新的要求。 相似文献
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文章介绍了GRAPES模式标准初始化系统的方案设计及程序结构，对3种不同方案产生的初始场进行了分析。结果表明:水平风场、温度场、位温场对插值方法的精度并不是很敏感，而高度场以及气压Exner函数则对垂直插值方法的精度要求很高；在3种模式变量产生方案中，方案一的效果较差，但它计算速度快，在地形梯度不大的地方可以选择使用；方案二与方案三的效果则比较好，用户可根据自己的需求任意选择。GRAPES模式标准初始化系统在完成其主要功能的同时，通过灵活的程序设计，对标准初始化系统的区域、分辨率、垂直层次、水平插值方法、垂直插值方法等的任意选取，使得标准初始化系统可以很容易满足模式初值的各种需求，为模式开发研究实验提供了各种便利。 相似文献
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通过分析发现地形坐标系中气压梯度力差分格式的计算误差应分为二类，其中，第二类误差在水平坐标面倾斜时出现。这种误差可理解为将水平坐标面上的气压(或位势高度)插回到等高面(或等压面)上的插值误差。 构造气压梯度力差分格式的目的正是为了减小这种第二类误差，而不是其他误差。 误差分析表明静力扣除法和Corby 格式的第二类误差都很小，比一般方法的误差小约一个量级。分析还表明第二类误差产生的主要原因是由于气压随高度非线性变化。依据这一分析思路，本文改进了#As(z)#a坐标系中的静力扣除法。 改进后的方法比改进前的误差小约一个量级。 相似文献
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以生成GRAPES全球集合预报业务系统的控制预报初值为目的,基于GRAPES全球模式,开展了控制预报初值生成方法研究,发展了高分辨率初值动力升尺度方法,并检验了不同方法的可行性。通过对比不同方法产生的初始场形态,证实了仅仅对高分辨率初始场进行二维水平插值存在不足,基于静力学方程对Exner气压变量进行三维插值至关重要。结果表明,动力升尺度方法利用静力平衡关系,对全场的温压场进行调整,使之协调平衡,可以改善二维水平插值方法导致的初始位势高度场和温度场的噪音问题,产生适用于GRAPES全球集合预报业务系统的控制预报初值。 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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Improvement of the Surface Pressure Operator in GRAPES and Its Application in Precipitation Forecasting in South China 总被引：2，自引：0，他引：2
HUANG Yanyan XUE Jishan WAN Qilin CHEN Zitong DING Weiyu ZHANG Chengzhong 《大气科学进展》2013,30(2):354-366
In this study we investigated the problems involved in assimilating surface pressure in the current global and regional assimilation and prediction system, GRAPES. A new scheme of assimilating surface pressure was proposed, including a new interpolation scheme and a refreshed background covariance. The new scheme takes account of the differences between station elevation and model topography, and it especially deals with stations located at elevations below that of the first model level. Contrast experiments were conducted using both the original and the new assimilation schemes. The influence of the new interpolation scheme and the updated background covariance were investigated. Our results show that the new interpolation scheme utilized more observations and improved the quality of the mass analysis. The background covariance was refreshed using statistics resulting from the technique proposed by Parrish and Derber in 1992. Experiments show that the updated vertical covariance may have a positive influence on the analysis at higher levels of the atmosphere when assimilating surface pressure. This influence may be more significant if the quality of the background field at high levels is poor. A series of assimilation experiments were performed to test the validity of the new scheme. The corresponding simulation experiments were conducted using the analysis of both schemes as initial conditions. The results indicated that the new scheme leads to better forecasting of sea level pressure and precipitation in South China, especially the forecast of moderate and heavy rain. 相似文献
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GRAPES (Global/Regional Assimilation and PrEdiction System) 模式动力框架中垂直方向变量的跳层设置采用Charney-Phillips分布,在整层上进行位温、水物质的计算,物理过程中在半层上对其进行处理。这样在GRAPES模式中,进入物理过程之前和物理过程计算完毕之后,都要采用线性插值进行整层和半层之间物理量的转换。由于线性插值精度欠佳,为提高上述反馈过程的精度,并保证水物质的正定性,该研究引入样条插值,并在水物质的插值过程中进行保单调处理,有效减小了位温场、水物质场的预报偏差,并提升了模式的综合预报性能。 相似文献
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沈学顺 苏勇 胡江林 王金成 孙健 薛纪善 韩威 张红亮 陆慧娟 张华 陈起英 刘艳 刘奇俊 马占山 金之雁 李兴良 刘琨 赵滨 周斌 龚建东 陈德辉 王建捷 《应用气象学报》2017,28(1):1-10
该文回顾了中国气象局全球中期数值天气预报系统GRAPES_GFS的研发历程,重点介绍了近年来在GRAPES_GFS研发过程中的重要进展,概要阐述了这些进展对GRAPES_GFS业务:化的贡献。动力框架方面的改进主要包括位温垂直平流的算法、极区滤波方案、标量平流方案、垂直速度衰减（damping）算法、提高模式分辨率等,改善了模式框架的稳定性、计算精度以及质量守恒性。物理过程方面的改进主要包括RRTMG辐射方案、CoLM陆面过程方案、积云对流、边界层过程、双参数云物理方案,以及物理过程的调用计算等,全面提升了模式物理过程的预报能力。全球三维变分同化方面,研发了模式空间三维变分（3DVar）系统、资料质量控制和偏差订正技术、卫星资料同化方面的相关技术等。同时,对目前GRAPES_GFS2.0的预报能力进行了评估,总体来说,该系统各项预报指标全面超越GRAPES_GFS1.0,与T639相比等压面要素预报在对流层也有明显优势,降水、2 m温度等预报也优势明显。 相似文献
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通过考虑动量表面拖曳并利用牛顿松弛方法将温度松弛到纬向对称的温度场, 对GRAPES模式的动力框架进行了长期时间积分试验。通过统计分析其积分结果表明:GRAPES模式的动力框架可以模拟出大气环流的基本特征; 随着分辨率的提高, GRAPES模式动力框架的模拟结果显示出收敛的特性; 虽然GRAPES模式动力框架采用的是能量不守衡的半隐式半拉格朗日时间积分方案, 但长期时间积分试验表明其能量基本保持稳定。这些结果显示使用GRAPES模式动力框架作大气环流和气候研究的大气动力框架是可行的, 同时也为进一步改进GRAPES模式动力框架提供了线索和依据。 相似文献
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The calculation scheme of the smoothed-level and hybrid (SLEVE-hybrid for short) coordinates in numerical forecasting model is not limited to one. It is divided into the semi-analytical scheme and the finite differential scheme in
terms of the various differential methods of the coordinate deformation variables. Comparing the dynamic equation and the long-time batch simulation results of the two schemes, the present study draws the following conclusions. The first-
order finite difference accuracy of the coordinate deformation variables in the finite differential scheme is theoretically lower than that in the semi-analytical scheme. The larger the vertical gradient of the layer thickness is, the larger the
relative errors of the finite differential scheme are. The long-time batch simulation test in the GRAPES model dynamic core demonstrates that the bias of the temperature and the geopotential height in the semi-analytical scheme is smaller
under the default layering, while the simulation difference of the two schemes is greatly reduced when the layering is more uniform. 相似文献
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《热带气象学报(英文版)》2021,(2)
The calculation scheme of the smoothed-level and hybrid(SLEVE-hybrid for short) coordinates in numerical forecasting model is not limited in number. It is divided into the semi-analytical scheme and the finite differential scheme in terms of the various differential methods of the coordinate deformation variables. Having compared the dynamic equation and the long-time batch simulation results of the two schemes, the present study draws the following conclusions. The first-order finite difference accuracy of the coordinate deformation variables in the finite differential scheme is theoretically lower than that in the semi-analytical scheme. The larger the vertical gradient of the layer thickness is, the larger the relative errors of the finite differential scheme are. The long-time batch simulation test in the GRAPES model dynamic core demonstrates that the bias of the temperature and the geopotential height in the semianalytical scheme is smaller under the default layering, while the simulation difference of the two schemes is greatly reduced when the layering is more uniform. 相似文献
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华南区域GRAPES模式动力框架的更新使得高分辨地形数据能够进入模式。引入SRTM数据实现静态数据更新,结合模式内置数据,进行了批量模拟试验;通过站点检验方式,对批量试验结果进行对比,得出以下结论:对比业务使用的Topo10 m地形、Topo30 s地形、SRTM地形和基于SRTM多种插值方案得到的地形,海拔偏差的空间分布和分位数统计都有明显的改善,复杂地形区域的改善效果更显著。通过地面要素平均绝对误差(MAE)箱须图统计和模式西部站点绝对误差(AE)时间序列图对比分析,发现高分辨地形试验的2 m气温和10 m风速MAE和AE有大幅度的改善。高分辨地形对模式静态数据的改善是2 m气温和10 m风速MAE下降的主要原因,地形复杂区域对MAE改善的贡献高于模式其他区域。高分辨地形进入模式后会引起动力过程计算的虚假扰动,适当的滤波平滑能够抑制扰动,从而进一步提高预报精度。 相似文献