线性化物理过程对GRAPES 4DVAR同化的影响   总被引：8，自引：3，他引：5       下载免费PDF全文

刘永柱  龚建东  张林  陈起英 《气象学报》2019,77(2):196-209

线性化物理过程能够改善四维变分同化中极小化收敛的稳定性和增加极小化过程中对大气物理过程和动力更加精确的描述,它是四维变分同化中非常重要的一部分。通过在GRAPES全球模式中研究线性化物理过程,尤其是两个湿线性化物理过程,改善切线性模式预报精度,来提高GRAPES全球四维变分同化的分析和预报效果。线性化物理过程的开发首先需要简化原非线性化物理过程中的强非线性项,然后对线性化物理过程进行规约化,以抑制切线性扰动的异常增长。目前GRAEPS全球模式中的线性化物理过程主要包括次网格尺度地形参数化、垂直扩散、积云深对流和大尺度凝结。线性化物理过程预报精度的检验方法是通过选择合适大小的初始扰动（同化分析增量）,来比较非线性模式和切线性模式中的扰动演化的纬向平均误差。然后以绝热版本的切线性模式为基础,通过冬、夏两个个例试验来分别检验4个线性化物理过程的12 h预报效果。试验结果表明,通过添加次网格地形参数化和垂直扩散两个干线性化物理过程方案,可以有效抑制住绝热版本切线性模式低层扰动的异常增长,大幅度改善切线性模式预报效果。通过添加积云深对流和大尺度凝结两个湿线性化物理过程,可以在热带区域和中、高纬度地区提高切线性模式中湿变量和温度变量的近似精度,提高GRAPES全球四维变分同化的分析和预报效果。   相似文献   

利用卫星遥感海面温度、高度联合反演南海北部三维温度场     

汤博  侯一筠  殷玉齐  胡珀 《海洋科学》2019,43(11):1-10

利用历史观测得到的温度剖面数据,通过严格筛选和插值,建立了南海北部的气候态垂向温度剖面。随后,利用回归统计分析的方法构建了海面温度异常(SSTA)、海面高度异常(SSHA)联合扩展温度剖面的经验回归模型,并采用卫星遥感得到的SST和SSH数据扩展了南海北部的三维海洋温度场,其时间分辨率为天,空间分辨率为0.25°×0.25°。通过与观测数据的对比研究,扩展得到的温度场可以较为准确地反映南海北部温度剖面的结构特征,并且能有效地体现出一些中尺度变化过程。结果表明,本研究反演得到的三维温度扩展场是较为可靠的,它可以作为海洋数值模型的初始场,实现现场观测数据和卫星遥感数据的互补,有助于更好地分析南海北部温度场的三维结构及变化特征。  相似文献   

新型地震预警方法研究及预警能力分析     

王勇胜  金星  韦永祥 《地震工程与工程振动》2019,39(1)

本文研究了一种不同于传统地震预警方法的新型预警方法。这种预警方法利用数据同化技术对实时波动场进行精确估计,然后再利用基于辐射传输理论的蒙特卡洛直接模拟法对波动能量的传播做数值模拟,并最终计算预警目标区烈度并做阈值判断发出预警警报。整个预警过程无需触发、无需定位、无需测定震级、无需利用衰减关系,较传统预警方法具有明显不同的技术手段,比较有效避免了传统地震预警方法中一系列基于经验统计规律的误差累积和单纯依靠初至P波信息在应对复杂地震时的局限性。本文选择了2011年3月11日日本M_w9.0地震和2016年2月6日台湾M_w6.7美浓地震作为预警模拟震例,分析并论证了本文预警方法在处理网外地震、网内地震以及复杂地震时的预警能力,最终得出本文预警方法在应对网内地震时具有良好的预警准确性和时效性,以及相对于传统预警方法在处理复杂地震时具有较大的优势。最后,总结并展望了本文研究工作的不足之处和有待继续研究的地方。  相似文献   

基于热层电离层耦合数据同化的热层参量估计   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

何建辉  乐新安 《地球物理学报》2020,63(7):2497-2505

本文采用高效集合卡尔曼滤波(EnKF)算法和背景场热层电离层理论模式NCAR-TIEGCM,开发了热层电离层数据同化系统.基于全球空地基GNSS电离层斜TEC观测、CHAMP和TIMED/GUVI热层参量观测构型设计了系列观测系统模拟实验,对热层参量进行估计.实验结果表明,(1)通过集合卡尔曼滤波算法同化电离层TEC观测能够较好地优化热层参量.(2)中性质量密度优化效果在整个同化阶段均有提升,提升百分比能达到40%.(3)积分氧氮比在同化阶段也能得到较好的优化,但在电子密度水平梯度变化剧烈区域效果较差.最后本文对中性质量密度进行了预报评估,结果表明,由于中性成分优化,在地磁平静条件下其预报时间尺度可长达24h.  相似文献   

Ekman模型时间变化风应力系数的伴随参数估计     

李国庆  高艳秋  张继才 《海洋与湖沼》2019,50(5):979-993

本文基于时间分布参数设置,利用伴随同化方法,反演了Ekman模型中随时间变化的风应力拖曳系数,并在孪生实验和实际实验中对该方法进行了验证。在孪生实验中,研究了参数反演结果对不同影响因素的响应,包括:风速分布、风应力系数分布、风应力系数初始猜测值、风应力系数独立变量个数、观测数据误差和观测的深度。孪生实验结果验证了伴随同化方法反演Ekman模型中时变风应力系数的有效性,具体包括如下五个方面结论:1)不同风速分布下均能成功反演出不同风应力拖曳系数分布; 2)反演结果对初始猜测值较为敏感,风应力系数初始猜测值越接近给定值,反演结果越好;3)风应力系数独立点个数的选取会显著影响反演结果,合理的选择有利于提高反演效率及减小观测数据误差;4)观测误差能够影响反演结果,观测数据误差在20%以下时能取得合理的反演结果; 5)反演结果对观测数据的表层和次表层流速更为敏感,这是由Ekman流的物理性质决定的。实际实验,利用百慕大锚系试验平台的风速和流速数据,去除周期性潮流和地转流成分后得到Ekman流成分,并作为观测输入到该同化模型,反演出了适用于该区域和该时段的随时间变化的风应力系数。通过比较模拟流速和观测流速,证明利用伴随同化方法能从实测数据中反演出合理的时变风应力系数,对于海洋模型风应力系数的确定是一项有益的尝试。  相似文献   

卫星高度计资料在三维海温和盐度数值预报中的应用   总被引：2，自引：0，他引：2  

李云  万莉颖  刘钦政 《海洋学报》2011,33(6):64-72

随着卫星遥感观测技术的发展,越来越多的卫星观测资料被应用于数值模式的同化研究中.基于国家海洋环境预报中心西北太平洋三维湿盐流预报系统,利用法国CLS中心的沿轨高度计资料的海表面高度异常的融合数据,结合基于三维变分的OVALS(ocean variational analysis system)同化系统,在垂向将海面高度...  相似文献   

基于扩散滤波的多尺度三维变分研究   总被引：4，自引：0，他引：4  

李冬  王喜冬  张学峰  吴新荣  李威  韩桂军 《海洋通报》2011,30(2):165-171

将扩散方程引入三维变分分析,揭示了传统3D-VAR不能有效提取多尺度观测信息的根本原因,即观测导致的目标函数梯度在空间的不连续分布.将扩散滤波融入基于梯度的最优化算法,发展了基于扩散滤波的多尺度3D-VAR.海表面温度数据同化试验结果表明,新方法可从长波至短波有效地提取多尺度的观测信息.  相似文献   

不同时期土地利用空间数据同化方法     

张合兵  王育红  郭增长 《测绘科学》2015,40(6):72-76

针对不同时期土地利用空间数据之间的差异以及常用软件的不足,该文基于空间数据同化基本理论及策略,提出了FME与ArcGIS联合的不同时期土地利用空间数据同化方法。详细阐述了该方法的实施步骤及相关原理,并进行了初步的实验验证。实验结果表明,所提方法能够快速高效地消除不同时期土地利用数据之间在数据格式、数据语义、坐标系统等方面的差异,提高数据之间的协调一致性。该研究为不同时期土地利用空间数据的综合应用与分析提供了参考。  相似文献   

上海“7·31”局地强对流快速更新同化数值模拟研究   总被引：2，自引：0，他引：2  

王晓峰  王平  张蕾  许晓林  李佳 《高原气象》2015,34(1):124-136

利用雷达、自动气象站、飞机观测(AMDAR)和探空等多种观测资料,采用中尺度数值预报模式WRF和资料同化系统ADAS,对2011年7月31日上海局地强对流过程进行了快速更新同化数值试验。结果表明,数值试验模拟降水的发生时间、落区和随时间演变与实况基本一致,较好再现了海陆热力差异导致上海南北两支海陆风爆发、形成低层辐合线,在热岛效应的叠加下进一步增强,继而引发局地强对流的过程。快速更新同化技术可有效延长此次过程的预警时效,这为城市强对流业务预报提供了新的思路。  相似文献   

C波段雷达在新疆区域数值预报系统中的应用初探     

马秀梅 《沙漠与绿洲气象(新疆气象)》2015,9(6):19-26

基于新疆区域数值预报系统（Desert Oasis Gobi Rapid Analysis Forecast System,下称DOGRAFS）,开展了同化C波段雷达资料对2010年10月6日发生在新疆的一次强降水过程预报结果影响的试验分析。其中设计包括不同化任何资料、同化常规资料、同化雷达反射率因子、同化雷达径向风、同时同化反射率因子和径向风五组试验,重点分析了雷达资料同化对此次天气过程降水、温度以及风速模拟效果的影响。结果表明：（1）同化雷达径向风和同时同化径向风和反射率因子相对于其他三组试验,对降水预报的TS和ETs评分更高;（2）相对于其他三组试验,同化雷达径向风和同时同化径向风和反射率因子对模式垂直方向上的温度、风速预报偏差具有一定的改善效果;（3）对于地面2 m温度和10 m风速而言,同化常规观测资料比其他四组试验预报的平均偏差和均方根误差更小;其它四组试验误差相当,差别不明显,表明同化雷达对近地面层温度和风的影响不明显。本研究旨在探索C波段雷达观测资料在新疆区域数值预报系统中的适用性,为今后雷达观测资料在业务系统中的应用提供参考。  相似文献