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1.
《海洋气象学报》2017,(4)
为实现合成孔径雷达数据与数值预报模式资料融合,提高海面风场精度和业务化运用水平,提出了一种基于星载SAR数据与模式资料的变分融合方法。其研究思路是采用二维连续小波变换提取SAR图像中高精度风条纹风向,结合地球物理模型函数求解海面风场的经向分量和纬向分量,然后采用Kriging插值方法将数值预报模式风速插值到SAR海面风场覆盖区域,得到SAR风速观测算子,由此构建SAR风场与模式风场融合的代价函数,并采用变分方法求解分析风场,最终得到融合后的海面风场结果。仿真分析结果表明,变分融合后的海面风速和风向结果更接近于理想值,尤其在SAR海面风场覆盖区域更为明显。选取ENVISAT/ASAR资料和与其时空匹配的欧洲中期天气预报中心模式风场资料开展实例验证,结果表明融合后的海面风场结果比模式风场更加接近于浮标观测结果。 相似文献
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北极海域海面风场和海浪遥感观测能力分析 总被引：1，自引：1，他引：0
卫星遥感是开展北极海域海面风场和海浪分布特征与变化规律研究的重要手段。本文基于在轨多源卫星遥感数据，从遥感观测空间覆盖、时间覆盖和多源卫星遥感数据融合等方面开展北极海域海面风场与海浪遥感观测能力分析，研究主要结果为:基于ASCAT和HY-2A散射计可实现北极海域海面风场遥感观测，通过多星联合观测可获取北极海域时空分辨率优于12 h和0.1°的海面风场遥感融合数据；基于HY-2A、CryoSat-2、SARAL和Sentinel-3高度计可实现北极海域海浪遥感观测，同样通过多星联合观测可获取北极海域时空分辨率优于1 d和0.25°的海浪有效波高遥感融合数据；基于2016年北极海面风场和海浪遥感融合数据，分析得出北极海域海面风场和海浪在2月处于极大值，然后逐渐减小，7月最小，随后开始逐渐增大。本研究表明，基于多源散射计和高度计遥感观测可实现北极海域海面风场和海浪的高时空分辨率遥感业务化监测。 相似文献
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基于中尺度大气模式WRF及其3DVAR.模块,采用循环3DVAR数据同化方案,针对6次明显的黄海海雾过程,实施了一系列直接同化ATOVS卫星辐射数据数值试验.在试验中设计了不同化任何观测数据、仅同化GTS常规数据、仅直接同化辐射数据,同时同化二者,以及同化不同疏密程度辐射数据的对比研究方案.利用地面水平能见度与卫星云图对模拟的海雾雾区进行了评估,并比较了各种同化方案所形成初始场的差异.对试验结果的统计分析表明:同化试验较好地再现了影响海雾的天气系统,模拟雾区与实际观测较为吻合,并且初始温度场和湿度场对比不同化任何观测数据的试验有明显的改善;仅同化辐射数据的结果略优于仅同化常规数据的结果,疏化或者只同化海上辐射数据几乎不影响模拟的雾区,但却可以大幅节约计算资源;同时同化常规数据与辐射数据的结果为单独同化它们所得结果的综合体现,总体效果最好. 相似文献
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双多普勒雷达资料同化在飓风“艾克”预报中的应用研究 总被引：3，自引：1，他引：2
本文采用美国国家大气研究中心（NCAR）开发的中尺度数值模式WRFV3.7及其三维变分同化系统WRF-3DVAR对2008年飓风“艾克”进行了数值模拟研究。利用多普勒天气雷达观测资料具有高时空分辨率的优点,将美国两部多普勒天气雷达资料进行速度退模糊等必要质量控制后同化进中尺度数值模式,考察雷达资料同化对飓风“艾克”预报的改进程度。试验结果表明:将雷达资料用于对流尺度分辨率下飓风初始化需要对变分同化系统中特征尺度化因子进行优化调整,使观测资料能够以较为合理的方式调整模式初始场并进而改进预报;雷达径向风同化可以有效调整模式初始场中的飓风动力和热力结构,而经过尺度化因子调整后的雷达径向风同化则在飓风观测中心位置产生较为合理的气旋性风场增量,提供更为确切的中小尺度信息,使模式初始场更加接近观测并进而改进对飓风路径和强度的预报。 相似文献
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近岸区域及河口区台风风场动力诊断模型 总被引：2，自引：0，他引：2
由梯度风平衡原理得出具有非对称性的台风模型风场 ,将台风模型风场与 NCAR客观分析风场嵌套得到大区风场并从中取出中尺度动力诊断模式 Mass所需的初始风场 ,再由 Mass模式对局部关键性区域海面风场作动力调整 ,同时结合实测资料使用 Nudging同化方法进行调整 ,从而获得具有较好实用性的台风近岸及河口区的海面风场。文中用上述模型对 90 15号和 9711号台风作了诊断分析试验 ,得到了比较合理的并符合实际观测的台风海面风场 相似文献
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利用高度计海面高度异常数据和非线性1½层约化重力模式研究了南海东部中尺度涡的生成机制。模式结果表明，南海内区风场是南海东部中尺度涡生成的主要驱动力，且南海内区高频风场能解释约54%的南海东部中尺度涡。从西太平洋传来的信号同样有十分重要的作用，由西太区域高频风场大致能解释南海东部40%的中尺度涡。风驱动的赤道附近的海面异常信号能经过锡布图通道和民都洛海峡传播到吕宋岛西海岸，其中有部分能量会以罗斯贝波的形式往西传播。这种信号在西传的过程中会发生不稳定，可能形成孤立的涡旋。 相似文献
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两种海面风场的对比及对海浪模拟的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
海面风场在海浪模拟研究和预报中起着关键性的作用,再分析风场数据可为海浪模式提供长时间的大范围、高时空分辨率海面风场。利用日本浮标站资料和卫星高度计资料对再分析风场QuickSCAT/NCEP(Q/N)混合风场和ERA风场进行验证分析,并利用WAVEWATCH-Ⅲ模式进行连续12个月的数值模拟试验。对比风场和计算得到的海浪场得出结论:在风速较小的时候,ERA和Q/N风场较实测风场大,在风速较大的时候,ERA和Q/N风场较实测风场小;ERA风场模拟浪高较浮标观测波高偏小;Q/N混合风场模拟的浪高更接近实测浪高。 相似文献
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《海洋湖沼通报》2017,(2)
以西北太平洋2013年第7号超强台风"苏力"为例,基于台风风场分解原理并采用改进的Tikhonov正则化原理进行数值微分,结合台风散度场和涡度场的分布规律,应用HY-2A/SCAT散射计海表面风场数据对台风"苏力"进行了中心定位、路径追踪、台风背景风场提取和台风径向、切向风提取和分析。结果表明,结合散度场和涡度场进行台风中心定位的方法所得到的台风中心与联合台风警报中心JTWC最优路数据相比较,误差合理。文中所提取得到的实际(相对)径向风场和切向风场的分布特征验证了早期飞机侦测所得到部分结论。归一化切向风廓线呈瑞金涡流分布,归一化径向风廓线呈倒置的高斯分布模型。 相似文献
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利用循环3DVAR改进黄海海雾数值模拟初始场Ⅰ:WRF数值试验 总被引：6，自引：1，他引：5
以如何提高黄海海雾数值模拟初始场质量为研究目的,利用WRF模式及其先进的3DVAR同化模块,设计并构建了循环3DVAR同化方案。以2006年3月6~8日的1次大范围黄海海雾过程为研究对象,利用该同化方案进行了一系列WRF数值模拟对比试验。模拟结果显示,循环3DVAR同化方案能有效改进黄海海雾数值模拟初始场质量,主要体现在增加低层大气温度层结构的稳定性与改变大气边界层下层的风场结构,从而导致海雾的模拟结果显著改善。研究结果表明进行海雾数值模拟时,必须高度重视其初始场质量。 相似文献
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The option for surface forcing correction, recently developed in the 4D-variational (4DVAR) data assimilation systems of the Regional Ocean Model System (ROMS), is presented. Assimilation of remotely-sensed (satellite sea surface height anomaly and sea surface temperature) and in situ (from mechanical and expendable bathythermographs, Argo floats and CTD profiles) oceanic observations has been applied in a realistic, high resolution configuration of the California Current System (CCS) to sequentially correct model initial conditions and surface forcing, using the Incremental Strong constraint version of ROMS-4DVAR (ROMS-IS4DVAR). Results from both twin and real data experiments are presented where it is demonstrated that ROMS-IS4DVAR always reduces the difference between the model and the observations that are assimilated. However, without corrections to the surface forcing, the assimilation of surface data can degrade the temperature structure at depth. When using surface forcing adjustment in ROMS-IS4DVAR the system does not degrade the temperature structure at depth, because differences between the model and surface observations can be reduced through corrections to surface forcing rather than to temperature at depth. However, corrections to surface forcing can generate abnormal spatial and temporal variability in the structure of the wind stress or surface heat flux fields if not properly constrained. This behavior can be partially controlled via the choice of decorrelation length scales that are assumed for the forcing errors. Abnormal forcing corrections may also arise due to the effects of model error which are not accounted for in IS4DVAR. In particular, data assimilation tends to weaken the alongshore wind stress in an attempt to reduce the rate of coastal upwelling, which seems to be too strong due to other sources of error. However, corrections to wind stress and surface heat flux improve systematically the ocean state analyses. Trends in the correction of surface heat fluxes indicate that, given the ocean model used and its potential limitations, the heat flux data from the Coupled Ocean–Atmosphere Mesoscale Prediction System (COAMPS) used to impose surface conditions in the model are generally too low except in spring-summer, in the upwelling region, where they are too high. Comparisons with independent data provide confidence in the resulting forecast ocean circulation on timescales ～14 days, with less than 1.5 °C, 0.3 psu, and 9 cm RMS error in temperature, salinity and sea surface height anomaly, respectively, compared to observations. 相似文献
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研究了TRMM/TMI海表降水率资料的四维变分同化在热带气旋(TC)数值模拟中的作用.使用中尺度气象模式MM5设计了若干数值试验模拟了TC Danas(2001)由热带低压初生到台风生成的发展过程.在满足MM5模式动力约束的前提下,将TRMM海表降水率资料直接同化进入较高分辨率(18 km)的模式初始场.结果表明,使用MM5模式的4D-VAR同化系统直接同化TRMM/TMI海表降水率资料是可行的.这种做法提高了TRMM资料的利用率,不仅在模式初始场中加入了更多实测信息,而且避免了两次同化(1DVAR+4DVAR)可能引起的误差.直接同化TRMM资料通过调整气压、温度、湿度等要素初始场,改善了模式对热带气旋结构(如暖心、涡度、散度)的描述和降水的模拟.在此基础上,同化不仅改进了对Danas强度的模拟,而且成功地模拟了热带气旋环境场的演变过程,因而改进了路径的模拟. 相似文献
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卫星遥感海表温度资料和高度计资料的变分同化 总被引：3，自引：0，他引：3
利用国家气候中心正在发展的第二代全球海洋资料同化系统(BCC_GODAS2.0),针对多变量同化的协调性问题,发展了一种基于三维变分框架(3DVAR)下的高度计和海表温度(SST)相互约束的同化方法。该方法使海面高度和SST资料在同一个动力约束关系下进行同化。在一般方法中,海面高度和SST观测项是代价函数中2个独立的观测项,海面高度项引入动力高度计算公式,海表温度项用统计关系进行垂向投影。在代价函数的实际求解的计算过程中,虽然其总体积分效应受海面高度观测的约束,但整个水柱中各层温盐分析变量的调整是无序的。针对这个问题,文章提出一种新的同化方案。该方案将SST的观测项并入海面高度观测项中,海面高度的一部分,确切说是上层海洋部分,由SST决定,因此至少在SST的统计关系能影响到深度的上层海洋,在代价函数的求解过程中,温盐的调整是受较强的统计关系约束的,而这种统计关系的有效性已经在很多SST的同化试验中被其他学者广泛应用并证明。利用该方法,对1993—1997年的AVHRR卫星遥感海表温度资料进行变分同化试验,用TAO、OISST和SODA数据集进行检验证明,通过对卫星遥感资料的同化能够有效改进对海洋温度和盐度的估... 相似文献
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利用0519号"龙王"台风SAR遥感图像,结合NCEP/QSCAT混合风场海面风向反演了高分辨的台风海面风速。基于高分辨率的SAR台风海面风场的风速剖面,对台风期间台湾海峡及周边海域海面风场的小尺度特征及变化进行了分析,结果表明,地形对风场特征的形成有显著作用,它导致台风海面风场结构发生变形以及澎湖列岛附近低风速尾流区、台湾岛的中央山脉北端下风面"角流"区和台湾岛西北海岸背风槽(或诱生低压)等现象的形成及台风期间福建省沿海区的大风天气。 相似文献
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在合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)海面风场反演中,基于风条纹影像纹理特征的海面风向反演方法精度高,但是依赖于图像风条纹的存在,而外部风向信息与SAR资料时空分辨率不易匹配、精度较低,从而影响大面积、高分辨率海面风场反演的精度。针对此问题,提出一种将SAR图像风条纹线性纹理特征与外部风向信息相结合的星载SAR海面风向获取方法,在SAR影像线性纹理特征明显的区域采用二维连续小波变换得到高精度的海面风向,其余区域采用与之时空相匹配的数值预报模式风向填充;并利用地球物理模型函数进一步得到海面风速,进而实现高精度、大范围海面风场的反演。为验证本文方法的有效性,利用ENVISAT/ASAR数据进行风场反演试验,并将反演结果与浮标实测数据进行比对。结果表明:在线性纹理特征明显的区域,小波方法的反演精度优于快速傅里叶变换(FFT)法和数值预报模式风向;外部风向精度略低,但与SAR观测资料时空匹配性较好,弥补了风条纹风向的不足。二者的结合为星载SAR海面风场反演的业务化应用提供了支持。 相似文献
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A comparison between 3DVAR and EnOI techniques for satellite altimetry data assimilation 总被引：3，自引：0，他引：3
Two conceptually different assimilation schemes, three dimensional variational (3DVAR) assimilation and Ensemble Optimum Interpolation (EnOI) are compared in the context of satellite altimetric data assimilation. Similarities and differences of the two schemes are briefly discussed and their impacts on the model simulation are investigated.With a tropical Pacific ocean model, two assimilation experiments of sea level anomaly (SLA) data from TOPEX/Poseidon are performed for 5 years from 1997 to 2001. Annual mean states of temperature and salinity fields are compared with analysis data and some independent observations. It is found that EnOI generally produces moderate improvements on both temperature and salinity fields, while changes induced by 3DVAR assimilation are strong and vary remarkably in different areas. For instance, 3DVAR tends to excessively modify the temperature field along the thermocline depth and even deteriorate the simulation, but it is more effective than EnOI below the thermocline depth. However, for the salinity field 3DVAR outperforms EnOI nearly for almost the whole layer. As the difference relative to the WOA01 analysis is compared, it is apparently reduced to below 0.3 psu in most areas in the 3DVAR experiment. On the other hand, the pattern of difference in the EnOI experiment resembles that of the simulation and the magnitude is only diminished to some extent. One advantage of EnOI is that it yields more consistent improvements even in areas where there are large model errors. It is more reliable than 3DVAR in such a sense. It is also revealed that the T–S relation plays a very important role in altimetric data assimilation. Further, the distinct performance of the two schemes can be partly accounted for by their inherent assumptions and settings. 相似文献
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在黄海海雾的数值模拟中,EnKF（ensemble Kalman filter）是一种优于3DVAR（three-dimensional variational）的数据同化方法。研究发现,对EnKF初始场集合体采取常用的集合平均所产生的确定性预报初始场,会出现初始场中海雾在预报开始后就迅速消失以及接下来海雾难以生成的异常现象。通过详细的海雾个例研究,清晰地揭示并解释了此现象,指出这是集合平均造成初始场中云水与温度湿度之间存在不协调关系所导致的后果,并提出了一种择优加权平均方法来取代常用的集合平均。研究结果表明,海雾确定性预报采用择优加权平均所构建的初始场,可以消除上述异常现象,显著改进海雾模拟效果。 相似文献