A three-dimensional variational data assimilation system for a size-resolved aerosol model: Implementation and application for particulate matter and gaseous pollutant forecasts across China     

Wang  Daichun  You  Wei  Zang  Zengliang  Pan  Xiaobin  He  Hongrang  Liang  Yanfei 《中国科学:地球科学(英文版)》2020,63(9):1366-1380

A three-dimensional variational(3DVAR) data assimilation(DA) system is presented here based on a size-resolved sectional aerosol model, the Model for Simulating Aerosol Interactions and Chemistry(MOSAIC) within the Weather Research and Forecasting model coupled to Chemistry(WRF-Chem) model. The use of this approach means that both gaseous pollutants such as SO_2, NO_2, CO, and O_3 as well as particulate matter(PM_(2.5), PM_(10)) observational data can be assimilated simultaneously.Two one-month parallel simulation experiments were conducted, one with the assimilation of surface hourly concentration observations of the above six pollutants released by the China National Environmental Monitoring Centre(CNEMC) and one without assimilation in order to verify the impact of assimilation on initial chemical fields and subsequent forecasts. Results show that, in the first place, use of the DA system can provide a more accurate model initial field. The root-mean-square error of PM_(2.5), PM_(10), SO_2, NO_2, CO, and O_3 mass concentrations in analysis field fell by 29.27 μg m~(-3)(53.5%), 34.5 μg m~(-3)(50.9%),30.36 μg m~(-3)(64.2%), 8.91 μg m~(-3)(39.5%), 0.46 mg m~(-3)(47.4%), and 15.11 μg m~(-3)(51.0%), respectively, compared to a background field without assimilation. At the same time, mean fraction error was reduced by 42.6%, 53.1%, 45.2%, 43.1%,69.9%, and 48.8%, respectively, while the correlation coefficient increased by 0.51, 0.55, 0.48, 0.38, 0.47, 0.65, respectively.Secondly, the results of this analysis reveal variable benefits from assimilation on different pollutants. DA significantly improves PM_(2.5), PM_(10), and CO forecasts leading to positive effects that last more than 48 h. The positive effects of DA on SO_2 and O_3 forecasts last up to 8 h but that remains relatively poor for NO_2 forecasts. Thirdly, the influence of assimilation varies in different areas. It is possible that the positive effects of DA on PM_(2.5) and PM_(10) forecasts can last more than 48 h across most regions of China. Indeed, DA significantly improves SO_2 forecasts within 48 h over north China, and much longer CO assimilation benefits(48 h) are found in most regions apart from north and east China and across the Sichuan Basin. DA is able to improve O_3 forecasts within 48 h across China with the exception of southwest and northwest regions and the O_3 DA benefits in southern China are more evident, while from a spatial distribution perspective, NO_2 DA benefits remain relatively poor.  相似文献   

中国东部层积云发展过程中云微物理特征的演变   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

李思聪  李昀英  孙国荣  宋文婷 《地球物理学报》2019,62(12):4513-4526

基于2007—2010年的CloudSat卫星观测数据,以云层液态水路径为指标将层积云的发展过程划分为五个阶段,对比研究了中国东部降水与非降水层积云发展过程中云微物理特征和云微物理机制的演变,并分析了其海陆差异.研究表明:非降水层积云中,云滴增长主要通过凝结过程完成,但云滴的凝结增长有限,难以形成降水,在非降水层积云发展的旺盛阶段,云层中上部云滴发生较弱的碰并过程.降水层积云中云滴碰并增长活跃,当云层液态水路径小于500 g·m~(-2)时,云滴在从云顶下落至云底的过程中持续碰并,并在云底附近出现云水向雨水的转化;当降水层积云液态水路径超过500 g·m~(-2)时,云滴碰并增长主要发生在云层上部,在云层中部,云液态水含量、液态粒子数浓度和液态粒子有效半径达到最大,云水向雨水的转化最为活跃.层积云微物理特征的海陆差异主要是由海陆上空气溶胶浓度和云中上升气流强度不同导致的.在非降水层积云中下部,陆地丰富的气溶胶为云滴凝结增长提供了充足的云凝结核,因而云微物理量的量值在陆地上空更大,而在云层中上部,云滴凝结增长达到极限,海洋充足的水汽输送使云微物理量的量值在海洋上空更大.当降水层积云液态水路径大于500 g·m~(-2)时,陆地层积云中更强的上升气流使大量云滴在云层中上部累积滞留,云滴碰并增长活跃,云层中上部云微物理量的量值在陆地上空更大.  相似文献   

GNSS-R DDM波形仿真的时延与多普勒间隔研究     

夏俊明  吴学睿  白伟华  孙越强  骆黎明  杜起飞  王先毅  柳聪亮  孟祥广  赵丹阳  王迎强 《遥感学报》2019,23(3):456-463

DDM波形是GNSS-R技术用于反演地球物理参量的基本观测量,其仿真结果的可靠性直接影响GNSS-R的理论研究及项目工程参数设计。利用GREEPS仿真软件分析了时延间隔与多普勒间隔对DDM波形仿真结果可靠性的影响,得到了用于获取可靠DDM仿真波形的时延与多普勒间隔参数。研究表明,时延和多普勒间隔越小,DDM仿真波形与理论波形吻合度越高;当时延间隔取1/16个GPS L1 C/A码元、多普勒间隔取50 Hz时,DDM仿真波形与理论波形几乎完全吻合,二者的相关系数大于0.99;时延间隔对DDM仿真波形峰值位置的影响远大于对峰值信噪比的影响;而多普勒间隔对DDM仿真波形峰值位置与信噪比的影响相当。  相似文献   

弧形海岸裂流的数值模拟研究   总被引：3，自引：0，他引：3  

汪鸿  朱首贤  李训强  张文静  聂屿 《海洋学报(英文版)》2018,37(3):21-30

弧形海岸波浪产生的裂流严重危害人类活动，但是目前对其特征缺乏充分认识。本文对Haller物理模型实验和三亚大东海的数值模拟表明FUNWAVE模式具有较好的裂流模拟能力。基于该模式进行了多种弧形海岸条件的裂流数值模拟，给出裂流的一些特征：（1）海岸弯曲度增大，裂流增强；（2）海岸坡度对裂流有比较大的影响，太陡或太平缓的海岸不利于形成裂流；（3）海岸尺寸减小，裂流减弱；（4）波高和波周期增大，裂流增强，但是对于某些海岸而言，0.4m波高可能就存在危害比较大的裂流。  相似文献   

Stokes漂流对全球海表面温度模拟的影响     

肖林  史剑  蒋国荣  刘子龙  张成成 《海洋通报》2018,(1):55-87

Stokes漂流对海洋上混合层中的流场和温度场结构具有不可忽视的作用。本文基于WAVEWATCHⅢ海浪模式模拟的海浪要素计算得到Stokes漂流,将其引入SBPOM模式的动量方程中,从体积输运的角度研究Stokes漂流对全球海表面温度的影响。分析发现Stokes漂流与Stokes输运在全球呈现高纬度强于中低纬度的带状分布特征,且这种流动与输运对全球海表面温度具有降温作用,该降温作用的分布与全球Stokes输运强度相对应,高纬降温作用大于中低纬度,特别是南极绕极流海域平均降温明显大于其余海域,最大降温可达1.5℃,且全球月平均降温超过0.1℃。  相似文献   

ADCP检定水池物理尺寸探讨          下载免费PDF全文

乔正明  郭晓明  商少平  刘轲  赵小峰 《海洋测绘》2018,(5):75-78

为满足当前ADCP计量检定的迫切需求,根据ADCP在水池拖车试验检定时,换能器发射声波的主瓣、旁瓣与检定水池池壁、池底形成的几何关系,推导出了抑制旁瓣、不抑制旁瓣时检定水池的尺寸需求。以市场占有率最高的ADCP产品为研究对象,计算得出了不同工作频率ADCP对检定水池宽度和深度的理论值。导出的公式,进一步完善了ADCP计量检定的理论基础,为ADCP在室内可控环境下的检定规范制定及检定平台设施建设提供参考与借鉴。  相似文献   

台湾以东黑潮路径识别与变化规律   总被引：1，自引：0，他引：1  

王辉赞  魏林进  张全礼  刘磊  刘科峰 《海洋与湖沼》2018,49(2):271-279

为研究对中国台湾以东海域黑潮路径及其变化,本文基于法国空间局AVISO中心提供的1993—2015年的卫星遥感海表流场逐日资料,对121°—125°E,22.4°—25°N海域黑潮路径进行了逐日识别,得到了共计23年累计8400天的台湾以东黑潮流轴的逐日路径,并研究其在不同纬度的流轴位置及其对应的表面黑潮流量的时空变化规律。主要结论如下:(1)采用模糊C-均值聚类法对台湾以东黑潮流轴路径进行聚类分析,发现台湾以东黑潮流轴在24°N以南出现明显摆动,形成正常和偏东两种路径;黑潮流轴存在明显的时间变化,流轴偏东现象年平均大约出现25次,大致每隔3年出现一次偏东较少的现象,各月流轴偏东次数以4、5月最少,10月至次年3月较多;(2)台湾以东黑潮表面流量大小在6.2—8.3×104m2/s之间;总体上来说,纬度越高流量越大,在23.5°N左右范围内存在一个流量低值中心;在24.3°N以北流量总体较大,且增长趋势稳定,同时表面流量大小具有较强的季节和年际变化特征。  相似文献   

基于加权贝叶斯网络的海洋灾害风险评估     

李明  张韧  洪梅 《海洋通报》2018,(2):121-128

全球气候变化背景下,海洋灾害的群发性、难以预见性和灾害链效应日显突出,造成的损失逐年上升,开展海洋灾害的风险评估工作至关重要。针对海洋灾害评估中的不确定问题,本文首先基于风险理论剖析了海洋灾害风险的不确定性特征,构建了灾害评估指标体系;然后基于贝叶斯网络模型,提出针对不确定性灾害评估的风险贝叶斯网络,进而基于主客观定权,构建了加权贝叶斯网络评估模型;最后对我国沿海地区海洋灾害开展评估研究。实验表明,该评估模型有效实现海洋灾害的风险评估,具有实际可操作性。  相似文献   

基于一维综合孔径微波辐射计的海面温度反演研究   总被引：1，自引：0，他引：1  

艾未华  冯梦延  陈冠宇  陆文 《海洋学报(英文版)》2020,42(5):115-122

Due to the low spatial resolution of sea surface temperature(T_S) retrieval by real aperture microwave radiometers,in this study, an iterative retrieval method that minimizes the differences between brightness temperature(T_B)measured and modeled was used to retrieve sea surface temperature with a one-dimensional synthetic aperture microwave radiometer, temporarily named 1 D-SAMR. Regarding the configuration of the radiometer, an angular resolution of 0.43° was reached by theoretical calculation. Experiments on sea surface temperature retrieval were carried out with ideal parameters; the results show that the main factors affecting the retrieval accuracy of sea surface temperature are the accuracy of radiometer calibration and the precision of auxiliary geophysical parameters. In the case of no auxiliary parameter errors, the greatest error in retrieved sea surface temperature is obtained at low T_S scene(i.e., 0.710 6 K for the incidence angle of 35° under the radiometer calibration accuracy of0.5 K). While errors on auxiliary parameters are assumed to follow a Gaussian distribution, the greatest error on retrieved sea surface temperature was 1.330 5 K at an incidence angle of 65° in poorly known sea surface wind speed(W)(the error on W of 1.0 m/s) over high W scene, for the radiometer calibration accuracy of 0.5 K.  相似文献   

盛夏苏北地区一次飑线过程的数值模拟研究     

朱娟  张立凤  张铭 《湖北气象》2022,41(1):15-23

对一次盛夏苏北飑线过程采用区域三重嵌套WRF模式进行了数值模拟和结果分析,给出了飑线径向剖面的概念模型图。结果表明:模拟的飑线与实际飑线非常接近,两者具有相同的性质和特点,利用模拟的线状强降水带及其降水强度来确定模拟飑线的位置和强度是可行的。飑线成熟期,飑线处存在强辐合区、强垂直上升运动区以及假相当位温的高值区,三者均呈柱状向上伸展;飑线前方(飑线移动的方向),低层有位温高值的入流,为飑线带入大量水汽和能量,后方低层有浅薄入流;飑线过境时地面风向发生急剧变化;飑线中层位温值大致不变呈中性层结,这与对流凝结潜热释放有关。该飑线过程可大体看成是假绝热过程,并具有重力波的非平衡性质,其生成演变中存在多尺度的相互作用。  相似文献