核函数误差对气象卫星测温反演的影响

核函数的误差(简称KFE)是引起反演方程数值解不稳定的基本原因,也是物理反演法用于气象卫星多波段定量资料业务反演和判释的主要障碍。为了探索KFE和反演问题非适定性的内在联系,本文使用改进的Bayes和ТИХОНОВ-TWOMEY调整算法,根据不同的核函数宽度、待估参数的验前信息协方差矩阵,以及NOAA-7卫星的辐射率测值,通过求解设计的两个统计模式,初步地估计了KFE对温度廓线反演精度的影响,并对KFE在反演解中引起的系统和随机误差作了分析,为具体求解这类反演问题的完全解提供了可能性。     

气象问题中椭圆型狄氏边值问题数值解的迭代法

本文从天气学的事实出发,应用自共轭椭圆型边值问题解的简单格林函数表达式,建立适合解动力气象学中椭圆型方程狄氏边界值问题的数值迭代解法,这个方法有较普遍的意义。目前,气象中常用的近似方法——方法、方法、Fjortoft方法以及外推Liebmann方法都是本文所提方法的特殊情形。在本文所提方法的一般形式基础上,还可以对上述各种近似方法的准确度、收敛情况以及改进途径得到明确的了解。作者将公式Ⅱ_1用在数值解平衡方程的计算中,作为本文所提方法的数值计算的检验,试用结果表明本文所提方法有理论概括意义和实用前途。     

海温作用与低频振荡

提出一个求定常方程平衡数值解的方法,并利用这个方法求得了雷州半岛海风环流的稳定数值解,在一定下边界强迫下得到了和观侧相一致的环流状态,进而讨论了大气参数对海风环流的影响,试验表明,所提出的求解方法是有效的.     

四维同化的一些方法

所谓四维同化问题,就是利用一切有效信息,去估计出数值预报所需要的某时刻的大气状态值。本文介绍确定大气初始时刻状态值的一些方法。     

集合平均方法减小混沌系统计算误差的效果研究

研究了Lorenz非线性系统中使用的集合平均方法来减小计算误差的效果,通过检查5组数值试验(每组20个样本)的结果发现:集合平均对计算误差的减小和消除不如高精度算法有效,这主要体现在以下几方面:1)普通的算法和双精度的计算环境中,若截断误差是主导误差(当初值误差很小时),各集合的平均结果并不收敛于真值,而是收敛于含截断误差的数值解;2)若初值误差为主导时,系统受到初值误差增长规律的影响,数值解收敛于由初值误差主导的误差解;3)这两种误差量级接近的时候,两种误差都无法消除掉。对解的统计特征进行研究表明,可信的数值解与含计算误差的数值解有许多相似的地方,但是与集合平均的数值解有很大不同,同样说明了集合平均不适用于减小计算误差这样的问题。此外,试验结果表明即使数值解的概率分布形式基本正确,也不能保证数值解是正确的。     

正压大气非线性波的二级近似(二)——位涡度方程的求解

本文是用摄动法求取正压原始方程一类非线性大尺度慢波解的二级近似的第二部分,提出了一种在电子计算机上进行某些初等函数非数值运算的方法,由此求得了二级问题中位涡度方程的解.数值试验的结果表明,所求得的二级近似是合理的.     

消除系统性观测误差的时空梯度信息同化方法研究

随着气象观测手段的进步,各种气象观测资料在数值预报模式中的应用不断发展.然而由于观测资料存在观测误差,尤其一些非常规资料存在系统性偏差,且难以对此类误差进行充分订正,使得观测资料在数值预报模式同化应用过程中的作用没有被充分发挥.文中提出一种消去此类误差的时间及空间梯度信息变分同化方法,其特点在于不需要知道系统性偏差的具体估计,而是用一个梯度信息算子对原变量进行变换从而隐性回避此类误差.通过浅水波模式四维变分同化理想试验结果表明,此同化方法完全消除平整性系统性偏差对同化结果的影响,本身数值较小的模式变量更能够获得好的同化效果,大数值变量则可通过估算来确定适用范围.由于最优解不唯一性质的存在,同化效果更多的吸收观测场的整体时空梯度分布趋势而非观测量值本身,这对具有较低可信度的观测资料是适用的.     

天气预报中不确定性问题的调查分析

围绕天气预报中的不确定性问题,对中国18个省(市、区)229名代表了国家、省和地市3级以及不同岗龄的预报员进行了问卷调查。具体调查内容包括了以下3个方面:(1)应用数值预报的情况;(2)对天气预报准确率的看法;(3)对天气预报(数值预报)中不确定性、集合预报产品以及预报发布形式等问题的看法。结果表明,数值预报产品目前已经成为预报员们制作日常天气预报的主要工具。因此,数值预报所固有的可预报性(不确定性)问题已是预报员不得不面对的一个科学问题。最后,介绍了一项新近关于美国预报员在日常天气预报中应用集合预报信息所遇到的一些挑战,这包括"资料不全面、分析工具不足、培训教育不够、缺乏检验、工作负荷重、模式分辨率低以及预报规范格式的限制"7方面。这些可供气象学科带头人和业务管理决策者思考和计划。     

基于FY-4A卫星探测区域模式背景误差和观测误差估计的长波红外通道选择研究

中国新一代静止气象卫星风云四号A星（FY-4A）上搭载的干涉式大气垂直探测仪GIIRS（Geostationary Interferometric Infrared Sounder）是世界上首台在静止轨道运行的高光谱红外探测仪器,拥有1650个通道,其中长波通道689个,中波通道961个。由于计算机存储能力、数据传输和变分同化时效性等限制,目前很难在业务环境中同化全部通道,并且多通道卫星信息往往存在一定的空间相关和光谱相似,故在实际应用中必须降低高光谱资料的通道维数,去除数据冗余和观测相关性,挑选出对特定目标起主要作用的通道子集,进而利用有限的通道来最大限度地提供观测信息。考虑GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System）数值预报系统估计得到的FY-4A观测范围内的背景误差协方差矩阵,并且在GIIRS观测误差后验重估计的基础上,结合通道权重函数峰值和信息熵分步迭代法对其长波通道进行了通道选择研究和试验。结果表明,在给定选择通道个数时,权重函数法和信息熵方法得到的通道组合进行温度和湿度误差分析时误差整体比单一方法小,在给定通道个数（40个）少于单一方案（50个）时,误差分析结果相当。GIIRS最优通道选择的研究为该资料的同化应用建立了基础。      

应用Bayes算法估计核函数误差对大气温度廓线反演的影响

核函数的误差(简称KFE)是引起反演方程数值解不稳定的根本原因之一,也是物理反演法用于TOVS资料业务处理的基本障碍。本文基于Bayes算法和考虑KFE的适当统计假定,导出了估计KFE效应的方法。使用NOAA-7气象卫星测值,依据NFSDIS透过率资料算出的核函数,以及两年二月气候资料计算的协方差矩阵等数据,按此方法估计了KFE效应对温度廓线反演精度的影响,并对KFE引起反演解中的系统偏差和随机误差分量也作了定量计算,揭示出了系统偏差在非适定问题解中的主导作用。