变分分析技术的一次成功应用：TOVS资料的订正及效果分析

变分分折技术是近年来发展起来的最新四维同化技术,实验表明,这种方法为同化处理大量时空分布不规则、性质和精度不相同的观测资料提供了一个概念简单、内部协调的方法,本文正是在这方面作了一次大胆尝试,用变分分析方法对存在明显误差的TOVS资料进行订正,取得了满意的结果。     

TOVS 水汽反演的误差分析及其订正

该文利用同步物理反演法以6小时数值预报场为背景场对1992年1月份NOAA-12卫星垂直探测（TOVS）资料进行了大气参数反演,并对水汽反演误差进行了检验和分析。以常规观测作为检验的标准,检验结果按3条轨道统计,发现反演的相对湿度平均误差与背景场的误差密切相关,均为负值;在高层和高纬度,误差绝对值随高度的增加而增加,随纬度的升高而增加;误差的日际变化在高层比较稳定,低层振动较大。对反演误差进行订正后的结果表明,在500 hPa以上反演均比背景质量要好,尤其轨道A所有层次上订正后的反演比背景场好。     

TOVS卫星反演资料变分分析的试验研究与应用

为弥补海洋、高原等地带常规资料的不足,分析使用非常规卫星资料得到越来越多的重视,其中TOVS资料的精度及与常规资料的误差减少的研究尤为重要。本文采用变分分析技术对TOVS卫星反演资料进行同化分析研究,结果表明,变分结果分析场能充分体现常规与非常规资料的优势,使得天气系统能得到更精确的表示。     

TOVS水汽及演的误差分析及其订正

该文利用同步物理反演法以６小时数值预报场为背景场对１９９２年１月份ＮＯＡＡ－１２卫星垂直探测（ＴＯＶＳ）资料进行了大气参数反演，并对水汽反演误差进行了检验和分析．以常规观测作为检验的标准，检验结果按３条轨道统计，发现反演的相对湿度平均误差与背景场的误差密切相关，均为负值；在高层和高纬度，误差绝对值随高度的增加而增加，随纬度的升高而增加；误差的日际变化在高层比较稳定，低层振动较大．对反演误差进行订正后的结果表明，在５００ｈＰａ以上反演均比背景质量要好，尤其轨道Ａ所有层次上订正后的反演比背景场好．     

TOVS资料的图形输出及误差分析

对离散的TOVS资料的位势高度和温度进行客观分析并将其图形输出，与相应时次、相应格点上的常规探测资料的客观分析场相比较，计算其平均误差，并对产生误差的原因作了一些分析。     

应用TOVS资料变分分析技术增加青藏高原地区摸式初始场信息

首次在测站稀少的高原地区引入经变分技术处理的 TOVS卫星资料 ,通过动力诊断探讨了解决高原地区测站少、数值预报模式初始场信息误差大的技术关键问题 ,提出了采用TOVS反演资料在高原地区增加模式初始场信息的构思 ,并应用变分法处理 TOVS反演资料 ,显著地提高了高原初始场信息的可靠性 ;并从动力诊断分析角度 ,进一步证实了 TOVS反演资料的应用有利于提高高原动力系统特征的描述能力 ,并显著改善水汽输送通道分布及其层结稳定度等有关初始场信息的客观性     

TOVS资料实时显示系统的业务化

通过对TOVS资料的初步分析、图形输出及误差分析等研究工作，最终目的是将TOVS资料应用于天气预报业务，本文介绍业务化的TOVS资料实时显示系统。     

中国探空位势高度资料的非均一性检验与订正

利用加拿大环境部气候研究中心研发的PMFT均一化检验方法,结合国家气象信息中心整理的中国区域各探空台站元数据信息,对我国123个探空台站各标准等压面月平均探空位势高度资料进行了非均一性检验和订正。结果表明：仪器换型、探测系统升级以及辐射订正方法改变是造成中国区域月平均探空位势高度资料不均一的主要原因。两个观测时次位势高度序列不均一的台站数随高度的增加而增加。各标准等压面上月平均位势高度序列不均一的探空台站平均订正幅度也随着位势高度的升高而增大。并且两个观测时次各标准等压面位势高度序列均为负订正,表明我国各标准等压面位势高度资料存在系统性偏高的问题。123个探空台站在对流层顶和对流层高层位势高度序列订正前是位势高度降低趋势,订正后位势高度序列呈增高趋势。对流层中低层原始位势高度序列呈增高趋势,订正后这种增高趋势更加明显。     

乌鲁木齐逐月气温资料均一化检验和订正

选用1951-2008年乌鲁木齐市气象站逐月最高、最低及平均气温资料,用标准正态检验（SNHT）方法对逐月气温资料序列进行均一化检验,并选用差值法对因迁站引起的断点资料进行订正,检验结果显示,月气温序列断点所在的年份与年序列中检验出的断点基本相对应,即气温资料均在迁站距离较远的1975年产生了断点;各月的检验结果存在一定的差异,5-9月气温较高的月份资料受迁站的影响较大,而且产生了断点,并通过了0.05的显著性水平。用不同的权重比例对月序列进行订正,并选择累积距平方法对5-9月气温序列订正前后的变化趋势作了比较分析,发现订正前后趋势确有较显著的变化。     

利用TOVS资料计算我国东南地区的太阳直接辐射和散射辐射

根据多次散射理论--离散纵标法，将极轨卫星产品资料（TOVS资料）作为初始资料，利用中分辨率大气传输模式MODTRAN3分别计算出晴空和有云情况下5个层次的观测波段的太阳直接辐射和散射辐射，与国家一级探空探测的大气温、湿廓线计算出的辐射值进行比较。发现晴空状况下基本一致，有云时存在一定误差，表明由卫星的TOVS资料估算我国东部地区的晴空辐射资料，可以弥补我国辐射资料的不足。     

气象卫星资料在天气预报分析业务中的应用

对TOVS和云导风非常规反演资料进行了质量控制，并将控制后的反演场与常规观测资料以及T106分析场资料进行变分同化，得到合成分析场。结果表明：在合理的目标函数设计的基础上，合成分析场与仅用常规探空资料相比更接近于实况，弥补了实况资料的不足。运用MICAPS中特有的网格点绘图功能实现了机器自动绘制历史天气图工作。经检验误差较小，线条平滑。该方法为在实时天气图和历史图分析中使用非常规资料提供了一条新的途径，具有一定的实用价值。     

TOVS资料在降水分析预报中的应用

利用两年多的夏季TOVS部分反演产品分析了黑龙江省降水，认为它反映小范围阵性降水的能力比较强，而对区域性强降水的反映能力弱一些，并初步探讨了出现实种情况的成因。     

数值预报误差订正技术中相似-动力方法的发展

Due to the increasing requirement for high-level weather and climate forecasting accuracy, it is necessary to exploit a strategy for model error correction while developing numerical modeling and data assimilation techniques. This study classifies the correction strategies according to the types of forecast errors, and reviews recent studies on these correction strategies. Among others, the analogue-dynamical method has been developed in China, which combines statistical methods with the dynamical model, corrects model errors based on analogue information, and effectively utilizes historical data in dynamical forecasts. In this study, the fundamental principles and technical solutions of the analogue-dynamical method and associated development history for forecasts on different timescales are introduced. It is shown that this method can effectively improve medium- and extended-range forecasts, monthly-average circulation forecast, and short-term climate prediction. As an innovative technique independently developed in China, the analogue- dynamical method plays an important role in both weather forecast and climate prediction, and has potential applications in wider fields.     

SWAN系统QPE产品的误差统计及订正方法研究

利用SWAN系统QPE产品资料和自动站降水量,对甘肃省2010~2012年汛期QPE产品的应用效果进行检验。结果表明：QPE产品在0.1~0.9 mm降水量级上存在较小的高估,而在其它降水量级上均表现为低估,且随着降水量级的增加低估的越为明显;对于5.0 mm以下降水,QPE产品估测误差较小,平均误差〈2.0 mm,但对于〉5.0 mm降水会出现估测误差跃增现象,且随着降水强度的增加误差增大,估测产品的效果明显减弱;降水估测值命中率POD1在降水量〈2.5 mm区间效果较好,但随着降水量的增加其命中率迅速减小,而降水估测绝对误差命中率POD2对于〈10.0 mm降水的响应较好,同样地随着降水量的增加其命中率快速减小;海拔高度、经度和纬度是影响甘肃地区QPE产品误差的主要因子,利用影响降水分布较大的3个因子分别建立一元、多元加权回归方程,在此基础上对QPE产品进行订正,通过2012年的应用检验表明该方法对QPE产品的订正效果明显。     

EnKF中误差协方差优化方法及在资料同化中应用

集合卡尔曼滤波 (the Ensemble Kalman Filter,简称EnKF) 中将预报集合的统计协方差作为预报误差协方差,但该估计可能严重偏离真实的预报误差协方差,影响同化精度。基于极大似然估计理论,发展了一种优化预报误差协方差矩阵的实时膨胀方法,即MLE (the Maximum Likelihood Estimation) 方法。利用蒙古国基准站Delgertsgot (简称DGS站) 观测资料,基于EnKF方法和MLE方法,在通用陆面模式 (the Common Land Model,简称CoLM) 中同化了地表温度和10 cm土壤温度观测资料,建立了土壤温度同化系统。结果表明:MLE方法对地表温度和各层土壤温度 (尤其深层土壤温度) 的估计比EnKF方法准确。考虑到浅层和深层土壤温度的差别,在实施MLE方法时对浅层和深层土壤温度采用了不同的膨胀因子。对比膨胀因子为单一标量时的结果,多因子膨胀能缓解深层土壤温度的不合理膨胀,改善同化效果。     

深圳市闪电定位资料误差分析及其优化

利用场地误差优化模式对深圳地区的地闪定位资料进行优化处理。首先对深圳市闪电定位系统进行简单介绍,然后利用改进的传输线模式对真实地表环境下的闪电辐射电磁场进行计算,以分析深圳市闪电定位系统的场地误差,最后基于定位误差和场地误差模式对闪电定位数据进行定位误差订正。结果表明不同方位角上的不规则地形对继后回击电磁场波形具有不同影响,随着表征地形粗糙程度的高度均方根的增加,电场的峰值下降,波形的上升沿时间增加。同时,电场波形上升沿时间也会随着方位角的变化而变化,这可能会给时间到达法的定位带来一定误差。为了验证该算法的合理性,对该系统覆盖的区域进行了闪电定位数据优化精度的时空分布分析和评估。结果表明这种优化方案是可行的、可靠的,优化后的闪电定位精度明显提高。     

T639预报气温产品误差分析与订正

由于T639数值预报模式对具体区域预报有一定偏差,为了更好的利用该模式做出山东即墨本区域各自动站气温预报,制定订正方法,将订正方法运用到实际业务中,推广到相关单位,提高气温预报准确率,本文利用2013年1月至2015年12月山东省即墨市8个区域自动站的最高(低)气温实况和对应的T639数值预报24小时2m气温预报产品进行了日最高(低)气温的预报准确率、相对误差分析,并结合风向风速预报结论和地形分区,运用综合订正、季节订正、风向订正和风速订正4种误差订正方法,在对比检验的基础上,得出如下结论:在4种订正方法中,预报准确率最高为综合订正方法。     

甘肃平凉闪电定位资料误差分析及其优化

利用陈明理等提出的场地误差优化模式,对2001年甘肃省地形起伏较大的平凉地区地闪定位资料进行了优化处理,并选取雷达回波强度大于35 dBz、回波顶高超过7 km的区域作为优化效果验证参考。结果表明,未经场地误差优化的闪电位置远离对应雷达回波数十公里,而优化后对应的闪电位置进入或接近雷达的强回波区,显然更接近于真实情况,优化以后的方位探测器测向角平均偏差可达05°左右。场地误差优化模式能有效地优化闪电定位资料,这对进一步提高雷电临近预警具有积极的意义。     

自动站与人工站观测记录的差异分析

应用石家庄2001年5月～2002年3月城区自动站和2003年1～5月CAWS600自动站的观测资料,分别与同步的常规人工站观测资料对比分析。从它们感应器件和测值原理的不同、观测时间的差异、天气条件的影响等方面,分析了观测记录差异形成的原因。对城区自动站与人工站气温观测记录差值进行统计学分析认为,该测温差值的形成与气象要素有一定关系,以此为据建立了统计学差值订正方程,经统计检验和2003年4～5月的实际检验均效果显著。自动站与常规站观测记录的差值分析表明。自动站虽有许多需要完善的地方,但现用仪器所测数据,其差值基本都在允许范围内或略超出允许范围,能满足日常业务使用。在观测时间的统一性上自动站优于人工站。     

Application of the Analogue-Based Correction of Errors Method in ENSO Prediction

In this study, a method of analogue-based correction of errors（ACE） was introduced to improve El Ni？o-Southern Oscillation（ENSO） prediction produced by climate models. The ACE method is based on the hypothesis that the flow-dependent model prediction errors are to some degree similar under analogous historical climate states, and so the historical errors can be used to effectively reduce such flow-dependent errors. With this method, the unknown errors in current ENSO predictions can be empirically estimated by using the known prediction errors which are diagnosed by the same model based on historical analogue states. The authors first propose the basic idea for applying the ACE method to ENSO prediction and then establish an analogue-dynamical ENSO prediction system based on an operational climate prediction model. The authors present some experimental results which clearly show the possibility of correcting the flow-dependent errors in ENSO prediction, and thus the potential of applying the ACE method to operational ENSO prediction based on climate models.