基于卫星资料梯度信息的新型变分同化方法对于台风数值模拟的研究

卫星资料凭着卫星遥感的全球性、连续性和高频次观测等优势,成为一种重要的非常规资料源,但卫星观测仍然存在各种各样的观测误差,其中包含由于观测偶然性所造成的统计学上的随机误差及仪器本身和辐射传输模式等造成的系统性偏差,这些误差在很大程度上影响了卫星资料的质量。文中提出了一种能有效订正卫星观测资料系统性偏差的梯度信息同化算法,该方法用一个梯度算子进行模式变量与观测变量的梯度变换,从而达到订正系统性偏差的目的。本文利用WRF（Weather Research Forecast）模式及其同化模式WRFDA（WRF Data Assimilation system）,以及AIRS（Atmospheric Infrared Sounder）资料,对台风“圆规”进行了实际的数值模拟和同化试验,数值结果表明,梯度信息同化方法能明显改善台风路径的模拟,在处理可信度较低的资料时仍然适用。另外,通过同化诊断分析,发现卫星资料的系统性偏差对于台风数值模拟有较大影响,而文中提出的梯度信息同化方法能较好的解决此类问题。     

利用TSVD参数估值变化特性确定算法截断参数

TSVD是大地测量病态问题解算的常用有效方法。影响TSVD解算效果的关键因素是截断参数,现有截断参数确定方法可提供有效的截断参数,但仍难以给出最优截断参数。以均方误差最小为准则确定截断参数是一种理论依据较充分的截断参数确定方法,但均方误差计算所需的模型参数真值在实际应用中无法获得,导致该方法难以给出理论最优截断参数。鉴于此,本文研究了基于均方误差影响下(方差与偏差联合影响)参数估值变化特性的TSVD截断参数确定方法。通过TSVD依次截掉小奇异值,获得奇异值截掉前后的方差与参数估值变化,利用两者变化分析确定偏差影响,避免依赖参数真值计算偏差,从而确定出均方误差最小理论下的截断参数。数值与应用试验结果表明,本文方法确定的截断参数可有效改善TSVD解算效果,是一种行之有效的截断参数确定方法。     

宽巷载波相位模糊度小数偏差时变特性分析

对使用序贯最小二乘估计非差宽巷FCB的方法进行论述,指出其不足在于事先假定了单天内的(接收机端和卫星端)宽巷FCB稳定不变,而对其时变性质缺少讨论与分析。处理了全球350个IGS测站共10d的GPS观测数据,从站星非差FCB、站间单差FCB序列两方面对接收机端宽巷FCB的时变特性进行详细的分析和讨论。数据处理结果表明:①在没有周跳的连续弧段内非差宽巷FCB的历元平滑结果具有较好的稳定性,使用不少于90个历元(45min)的数据即可收敛到0.1周以内保持精度稳定,因此,建议计算非差宽巷FCB的最短弧段不应少于45min;②接收机端宽巷FCB在每一天内随时间变化速率不一样,一天内最大变化量可以达到0.3周,并且接收机重启会使其重新赋值,破坏FCB值的连续性。关于接收机端宽巷FCB时变特性的分析表明文献[4—5]等的序贯最小二乘法所依据的假设前提并不可靠。为获得更高精度的非差卫星宽巷FCB估值,对于接收机重新启动的观测数据,需要新增一个接收机FCB参数;而对于接收机FCB的时变特性,可以在估计时将其作为随机游走过程进行估计。     

天津地面相对湿度资料的非均一性检验及订正

研究中利用NCEP/DOEAMIP-ⅡReanalysis(R-2)比湿再分析资料和基础观测资料两种参考序列,对天津历史月平均相对湿度数据中存在的非均一性因素进行了检验和订正。结果显示,有9个地面站的相对湿度序列存在显著断点,占台站总数的69%。查阅台站元数据得到导致其突变的主要原因是自动站业务化,其次为迁站和仪器变更。从订正量来看,负订正量比例约占96. 3%,其中分布范围在-5.0%～-1.5%,约占总订正量的80%以上。对比分析订正前后月平均相对湿度序列的方差和趋势变化,均一性订正基本修正了非均一性因素造成的突变影响,减缓相对湿度序列长期出现异常偏干的趋势变化。同时,与朱亚妮等(2015)研制的同类数据产品误差分析发现,两类数据的误差平均值较小,但由于一些主观因素影响使得个别台站MAE、SE误差值达到3. 0%以上,造成MAE、SE误差值范围在0～2%的台站比例分别仅在84. 6%和76. 9%及两者以上。从而,一定程度上能够反映出本研究所采用的数据处理技术手段相对以往具有优越性。     

山东数字地震台网定位子台网 选取对定位结果的影响

选取山东及邻区4个不同区域的地震,分析“定位子台网”分布对地震定位精度的影响,研究“定位子台网”的选取规则.探讨两种台站分布情况下定位偏差、水平误差、拟合残差随空隙角、近台距离、远台距离的变化;定位偏差及水平误差与拟合残差的关系.结果显示,速报时选择4-9个分布相对合理的“定位子台网”参加定位,结果较好,使用水平误差估...     

海南省自动站气温观测资料评估及气候订正研究

通过海南省16个气象台站2004～2005年自动站与人工并行观测气温资料的对比分析,根据相关标准对海南省自动站气温资料进行了评估.分析表明:海南省自动站与人工观测气温的偏差有日变化和季节差异.产生偏差原因有观测仪器的系统性偏差、观测仪器对气温变化响应的灵敏度、观测时间的差异、太阳辐射对观测仪器的影响等.建立了海口自动站与人工观测气温值之间的经验换算关系,为气候资料的前后连续性使用提供了订正的思路和方法.     

船舶风力观测资料对风场动力和热力订正的检验

利用某系列船2000～2007年秋冬季(11月～翌年3月)在东海北部海区的气象观测资料,来检验Hsu等(1981)动力计算模式和辛宝恒等(1987)的热力订正方法,并利用某系列船实际观测资料确定出该海区的计算参数。结果表明利用Hsu动力模式作基础再加上热力订正的办法,由陆上资料可以较好地推算海上风速,有一定的实际应用价值。     

基于卡尔曼滤波的中国区域气温和降水的多模式集成预报

利用TIGGE资料集下欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、日本气象厅(JMA)、美国国家环境预报中心(NCEP)、中国气象局(CMA)和英国气象局(UKMO)5个模式预报的结果,对基于卡尔曼滤波的气温和降水的多模式集成预报进行研究。结果表明,卡尔曼滤波方法的预报效果优于消除偏差集合平均(BREM)和单模式的预报,但是对于地面气温和降水,其预报效果也存在一定的差异。在中国区域2 m气温的预报中,卡尔曼滤波的预报结果最优。而对于24 h累积降水预报,尽管卡尔曼滤波在所有量级下的TS评分均优于BREM,但随着预报时效增加,其在大雨及以上量级的TS评分跟最佳单模式UKMO预报相当,改进效果不明显。卡尔曼滤波在地面气温和24 h累积降水每个预报时效下的均方根误差均最优,预报效果更佳且稳定。     

L波段高空气象探测系统气压、高度观测数据分析

对甘肃省民勤站L波段高空探测系统GTS1型探空仪地面基测气压变量的统计分析表明,气压传感器在地面稳定的环境下感应的数值与标准气压数值相比偏低;在实时探测过程中,气压相差1hPa时,L波段高空探测系统所反映出的测高偏差随探测高度的增加而不断变大;对L波段雷达和GTS1探空仪测量高度的差值进行比较,所得的高度差随探空仪的升高而逐渐增大,探测高度到达36000gpm时,高度差约为1700gpm。