全球最优插值客观分析

主要叙述国家气象中心实时运行的全球资料同化系统中的客观分析方案，该方案采用最优插值统计方法，使用所有可以使用的各种类型有不同误差的观测资料和模式的６ｈ预报值，给出数值形式的全球分析值。在两年的业务运行中，为Ｔ４２中期数值预报谱模式提供了较好的初始场。     

MOMS中尺度模式侧边界嵌套方法的研究

由于中尺度模式网格格距小，为满足预报时效要求，又需节省计算机资源，一般计算区域不能太大，若在业务预报工业中，不采用嵌套方案，很难得到满意的预报效果。文章在对多种嵌套方案试验对比基础上，选用一种计算效果较好，方法也不甚复杂的Davies物理量松驰方案，对MOMS中尺度模式进行了预报试验，其四周网格边界值采用了国家气象中心的T42L9谱模式的预报值。嵌套模式与原模式用同一个例进行了预报对比试验。结果表明，嵌套方案考虑了大尺度环流背景场在边界附近对中尺度系统的强迫作用，提高了有限区域模式的实际预报能力。     

第五代PSU／NCAR中尺度模式（MM5）介绍III：客观分析（RAWINS模块）

通过对ＲＡＷＩＮＳ模块的基本原理,主要功能和结构的介绍,对模块的主要控制参数,操作使用方法等做了较为详尽的说明和讨论。     

北京地区中尺度数值业务预报的客观检验

对北京地区中尺度数值天气预报客观检验系统的框架和方法进行了详细的介绍,分析了北京地区冬季（2001年11月1日~2002年2月28日）主要预报要素的客观检验结果,在此基础上给出北京地区冬季中尺度数值预报业务的误差特征,并根据检验结果定性地分析了模式预报系统性和非系统性误差的可能来源。结果表明,模式地形的强迫作用是地面和对流层低层预报系统性误差的重要来源;测站高空预报要素的非系统性误差显著,初始时刻存在的误差在积分过程中被进一步放大;对北京 (54511) 单站地面要素预报的检验结果发现,2-m温度预报冬季整体偏低。在系统性误差为主要误差分量时对模式的平均误差进行订正能有效地提高温度预报的准确率。     

MOMS中尺度模式两维和三维嵌套方法的研究

对MOMS模式实施了两维和三维嵌套。探讨了物理量松驰方案的边界条件。对一次快速发展的蒙古气旋进行了模拟对比试验。结果表明：三维磁最能体现大尺度环境场对有限区域天气系统的强迫作用,模拟结果更加逼近实况,并指出这次气旋发展的能量主要来源于大尺度平均运动动能的转换。     

多元判据综合评估中期天气客观相似预报模式

提出一个对多元判据综合评估的中期天气客观相似预报模式。模式应用同中期天气过程的时间—空间尺度相适应的经过时间滤波的大气环流背景为客观判据，比较全面地评估了预报时刻前后多层次、多要素的大气环流动态变化的相似，通过定义相似指数综合评估在多元判据下样本的相似程度，从相似时域的历史样本中找到较佳相似的中期过程，预测未来l～10天的中期天气过程。模式检验和预报试验表明该模式具有预报技巧。     

Multiquadric方法在中尺度气象资料客观分析中的应用

利用浙江省中尺度自动站的温度资料,引入已广泛应用于测绘、地球物理、地图绘制等领域的Multiquadric插值法,并与目前气象领域内采用较多的Cressman方法进行比较,分析两者在不同站点分布和数量下对实况场的逼近程度,并对Multiquadric中的自由设定参数进行讨论。结果表明,总体而言,Multiquadric方法的均方根误差小于Cressman方法。当站点数为100时,两者差异达0.3℃;当站点数1000时,Multiquadric方法相对Cressman的改进已经1%,两者差异非常小。在站点数较少或是站点间隔较大的情况下,Cressman方法较易产生虚假中心,而Multiquadric方法则更加接近实况。Multiquadric平滑参数λ可以被认为是一种低通滤波器,它将高频波滤去,留下较大尺度的系统,同时冷暖空气温度中心的强度随着平滑强度的增加也逐渐减弱。Multiquadric参数c存在一个上限值,当c大于或小于该值时,客观分析结果表现出不同的敏感度。     

沙尘预报客观检验中最优实况资料和圆插值半径选择研究

使用2012～2014年每年3～5月CUACE（China Meteorological Administration Unified Atmospheric Chemistry Environment）模式地面沙尘浓度格点预报产品,预报员预报等级产品、实况地面观测沙尘等级和特征站观测PM10（空气动力学当量直径小于等于10 μm的颗粒物,即可吸入颗粒物）资料,并针对CUACE模式格点产品,选取不同半径对格点产品进行圆插值,从而对2012～2014年共25次沙尘过程值,采取3年总样本计算TS（Threat Score）评分,对格点产品适合的圆插值半径和预报产品适合的检验实况资料进行研究,结论如下:（1）如实况采用沙尘等级,模式插值半径与TS评分在浮尘或扬沙等级成近似线性下降关系,而在沙尘暴以上等级TS评分与插值半径关系几乎不大,最优插值半径可选为最小插值半径0.5°（经度/纬度）;如实况采用PM10资料,TS评分在浮尘或扬沙等级根据半径不同变化较为剧烈,沙尘暴以上等级TS评分与插值半径关系不大,可以采用浮尘或扬沙平均线3.5°为平均最优插值半径。如果沙尘过程较弱,插值半径可适当减小,以1°最合适;（2）对CUACE模式预报产品,沙尘等级观测TS评分可用性要优于PM10资料,但两者在沙尘暴以上等级评分差别不大,总体上CUACE模式最优检验实况资料可选为沙尘等级观测资料。对预报员沙尘预报产品,观测沙尘等级TS评分要远高于PM10,预报员沙尘预报产品最优检验实况资料为观测沙尘等级资料。     

基于Shepard和OI方法对雨量计逐时资料的分析

引入地形影响效应的日降水量气候分析场,分别运用Shepard和最优插值(OI)两种插值方法对广东和广西2007年5月20日—8月30日汛期小时雨量计降水量进行插值,得到0.125°×0.125°分辨率的规范化网格资料。结果表明:无论是直接插值还是用降水比率(地形影响效应的日降水量气候分析场)插值,两种方法均能很好地体现广东和广西雨量计站点观测降水的季内变化和日变化特征。虽然用直接插值方法比用降水比率插值方法得到的降水空间分布更为平滑,但估值精度没有用降水比率插值方法高。通过交叉检验进一步表明,总体上OI方法优于Shepard方法,而考虑地形影响效应的降水比率OI方法为最优,能有效提高相关性,并减少均方根误差和系统误差。     

Multivariate Objective Analysis of Wind and Height Fields in the Tropics

ＭｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅＯｂｊｅｃｔｉｖｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＷｉｎｄａｎｄＨｅｉｇｈｔＦｉｅｌｄｓｉｎｔｈｅＴｒｏｐｉｃｓＳ．Ｋ．Ｓｉｎｈａ，Ｓ．Ｇ．ＮａｒｋｈｅｄｋａｒａｎｄＳ．Ｒａｊａｍａｎｉ（ＩｎｄｉａｎｉｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｒｏｐｉｃａｌ...     

中期数值模式客观分析质量评估

通过多种方法对不同分辨率中期数值模式客观分析结果进行诊断分析,考查国家气象中心不同版本模式分析同国际优质版本在分析质量上存在的差异。结果表明,国家气象中心中期数值模式客观分析结果同ＥＣＭＷＦ优质版本相比,差异显著地域为：高纬度近极区、我国青藏高原大地形区和太平洋地区。另外,由于模式分辨率的提升,升级版本Ｔ１０６模式比Ｔ６３模式客观分析质量有明显改进。     

提高最优插值法测量区域降水量 精度的探讨

首先从理论上研究了要素场相关函数和校准雨量站的分布对最优插值中最优权重系数的影响,然后用3种相关函数模型对1996～1997年收集的113个时次的雷达和雨量计资料进行计算、检验。结果表明:采用自适应相关函数模型的最优校准法可以有效提高区域降水量的测量精度。另外,通过对大误差的产生原因分析,给出合理设置自动雨量站的建议和解决边界测量精度较低的方法。     

A Scheme for Objective Analysis of Wind Field Incorporating Multi-Weighting Functions in the Optimum Interpolation Method

A method of objective analysis scheme having three different weighting functions for different conditions of the wind flow has been developed for the Indian region, two of which are anisotropic and third one is isotropic. Basically Gandin’s Optimum Interpolation method is used. The “effective” distance between a grid point and observation point used for the anisotropic functions, has been applied to calculate weighting functions following Benjamin and Seaman (1985) and objective analyses were made at the 700 hPa level for three consecutive days from 6 July to 8 July 1979. The quantitative evaluation of the objectively analysed fields have been made by computing the R.M.S. errors. Ana-lyses obtained using multi-weighting functions (anisotropic) and those obtained using ordinary circular functions (isotropic-Gandin, 1963) have been compared. Also, the centres of the monsoon depressions obtained by this method have been compared with those of subjective analyses.     

MM4 模式中站点相关性的研究和客观分析方案的改进

采用多元统计学中的主成分分析法，通过对MM4模式计算范围内169个测站的风、压、湿和温度的相关分析，确定了89个关键站，另外80个非关键站可由这89个关键站通过多元回归的方法求得。用这种方法，整个计算区域内的统计信息损失量大约超过2%。文章选取1992年7月24日到25日的一次暴雨过程，用关键站的相关最大的站，对缺测的站使用多元回归的方法补值，然后再用MM4模式进行数值预报试验，发现客观分析场和预报场的准确度都有提高。     

集合预报中检验资料提取的并行化实现

神威集合数值天气预报系统是以国产巨型机“神威”为平台的实时业务系统, 检验子系统是其重要的组成部分。文章介绍了神威集合数值天气预报系统中检验资料提取的并行化实现方法及并行效率。     

Cascade插值方法在GRAPES模式中的应用

基于半拉格朗日 (semi-Lagrangian) 方案的数值天气预报模式, 求解半拉格朗日轨迹上游点变量, 通常采用传统直线逐点拉格朗日多项式插值, 由已知模式格点 (欧拉网格点) 的数值插值获得。对于三维空间上游点的插值, N阶精度需要O(N3) 运算量。N增大, 运算量将大幅增加, 特别耗费计算机机时, 而采用Cascade插值法 (降阶插值法) 则只需要O(N) 运算量。它的显著特点是:用曲线代替直线, 通过一系列中间过渡网格点, 在曲线上用一维拉格朗日插值, 使得相邻拉格朗日格点或中间过渡点的插值不再是孤立的, 而且可以重复使用某些中间结果, 达到减少运算量的目的。将这种方法合理应用于GRAPES模式, 并根据模式的特点, 对Cascade插值过程中独立变量的距离分段计算, 从而有利于实现并行计算。计算结果表明Cascade插值法与传统直线逐点插值法相比, 计算效率平均提高约30%, 同时不降低精度。     

FY-3B TOU臭氧总量多元回归插值与验证

FY-3B TOU臭氧总量产品空间分辨率为50 km,在开展小区域或精细化的臭氧研究时,需要获得更高分辨率、更具有准确和可靠性的臭氧插值数据。常规的数据插值方法没有考虑TOU臭氧总量受短波辐射、海拔高度的影响,所得到的插值数据参考性不强。文中介绍TOU多元回归插值方法,方法采用程序设计方式,动态分析TOU与短波辐射、海拔高度之间的相关性,建立一元回归模型,并根据一元回归模型结构建立多元回归模型,再通过多元回归模型对TOU进行插值。使用OMI臭氧总量数据对插值结果开展验证,验证结果表明采用多元回归算法的插值具有较好的可行性。且该插值方法及程序设计对其他类似的数据插值、分析具有一定的借鉴和参考意义。     

利用MM5模式输出产品制作雾的客观预报

利用MM5中尺度非静力模式输出产品进行深加工，对陕西省高等级公路大雾进行预报，由于模式输出产品有每小时的湿度场，风场和气温预报场，这些要素场和雾形成关系密切，应用PPI，MOM和MEC方法对陕西省4要高等级公路14个站点大雾进行预报，业务使用证明该方法是可行的。