基于参数空间分布的海洋生态系统模拟

在模拟大尺度海洋生态系统时,由于子区域的生态系统有着各自的特征,导致参数值在空间上存在差异,因此参数在整个研究区域取常数的做法必须改进.基于此,使用气候模式FOAM的气侯态背景场驱动一个简单的三维海洋生态系统模型,并引入参数的空间分布,在全球尺度上通过伴随方法同化SeaWiFS叶绿素资料.引入参数空间分布后,同化结果得到很大改进:浮游植物表层生物量(氮)的平均差从0.155 3减小至0.060 6 mmol·m-3,下降了60.9%,有效地降低了模拟值与观测值在空间上的差异;浮游植物表层生物量平均值也从0.103 1上升至0.125 2 mmol·m-3,更接近SeaWiFS观测.实验结果表明通过引入参数的空间分布来改进海洋生态系统的模拟是可行的.     

混合截断尺度Blending方案及其在西南区域模式中的应用

西南区域地形复杂多样,产生的灾害性天气系统往往具有多尺度特征,各个尺度的波动信息均影响着天气系统的发生发展。为了在循环同化过程中及时并恰当地引入来自全球模式背景场的信息,修正区域模式对大尺度波段信息的分析和预报偏差,本文以西南区域为研究背景,根据不同类型模式变量的长度尺度特征,将风场的截断尺度与温湿变量的截断尺度进行差异化设置,提出了混合截断尺度的Blending方案,并基于西南区域循环同化系统进行了为期一周的批量循环同化试验和个例结果诊断分析。结果表明,统一和混合截断尺度的Blending方案均能减小循环同化过程中的分析和预报偏差,而混合截断尺度的Blending方案通过对动力场和温湿场采用不同的截断尺度,分别引入更符合动力场和温湿度场尺度特征的全球背景场信息,进一步减小了区域背景场的偏差,提高了循环同化分析的连续性和气象要素预报的准确度。在降水个例分析中,模式在地形陡峭区域出现了明显的降水虚报和落区偏差,混合截断尺度Blending方案能进一步降低大量级降水的虚报率,改进了对降水量级和落区的预报,提高了降水预报准确度。     

Impact of 4DVAR assimilation of rainfall data on the simulation of mesoscale precipitation systems in a mei-yu heavy rainfall event

The multi-scale weather systems associated with a mei-yu front and the corresponding heavy precipitation during a particular heavy rainfall event that occurred on 4 5 July 2003 in east China were successfully simulated through rainfall assimilation using the PSU/NCAR non-hydrostatic, mesoscale, numerical model （MM5） and its four-dimensional, variational, data assimilation （4DVAR） system. For this case, the improvement of the process via the 4DVAR rainfall assimilation into the simulation of mesoscale precipitation systems is investigated. With the rainfall assimilation, the convection is triggered at the right location and time, and the evolution and spatial distribution of the mesoscale convective systems （MCSs） are also more correctly simulated. Through the interactions between MCSs and the weather systems at different scales, including the low-level jet and mei-yu front, the simulation of the entire mei-yu weather system is significantly improved, both during the data assimilation window and the subsequent 12-h period. The results suggest that the rainfall assimilation first provides positive impact at the convective scale and the influences are then propagated upscale to the meso- and sub-synoptic scales.
Through a set of sensitive experiments designed to evaluate the impact of different initial variables on the simulation of mei-yu heavy rainfall, it was found that the moisture field and meridional wind had the strongest effect during the convection initialization stage, however, after the convection was fully triggered, all of the variables at the initial condition seemed to have comparable importance.     

数据同化在海洋生态模型中的应用和研究进展

将数据同化方法引入海洋生态系统动力学模型研究,利用现有的观测数据,获得最佳的模式参数、初始场或提高状态模拟,是当前多学科交叉研究的热门领域。本文依据国内外研究进展,主要就海洋生态模型研究中所采用的变分伴随、卡尔曼滤波、模拟退火法方法进行了介绍,总结了数据同化在我国的海洋生态系统研究中的现状和发展趋势。     

考虑预报偏差的迭代式集合卡尔曼滤波在地下水水流数据同化中的应用

集合卡尔曼滤波（Ensemble Kalman Filter,EnKF）方法已广泛应用于地下水水流和污染物运移模拟相关问题的求解。但前人研究多建立在同化系统预报模型是准确的基础上,忽视了模型概化的不确定性。当模型概化不准确时,将导致预报偏差,可能带来错误的系统估计。因此,文章提出考虑模型预报偏差的迭代式集合卡尔曼滤波（Bias aware Ensemble Kalman Filter with Confirming Option,Bias-CEnKF）方法。以地下水水流数据同化为例,研究模型概化存在不确定条件下,边界条件、初始条件、源汇项概化不准确时新方法的有效性。结果表明,当预报模型概化不准确时,使用标准EnKF方法进行数据同化,可能会导致滤波发散,造成同化失败。Bias-CEnKF方法不仅保留了较好的同化性能,同时减小了参数、变量、偏差项非线性关系带来的不一致性。针对文章中4种情景,Bias-CEnKF同化获得的含水层渗透系数场以及水头场均接近真实场,且预报结果可靠。本研究进一步提升了模型概化不确定时EnKF方法的适用性,为实际野外复杂条件下地下水水流数据同化问题提供了可靠的方法。     

内蒙古区域数值预报对探空和地面观测资料的敏感性试验研究

基于内蒙古睿图预报系统的低分辨率版本和WRFDA-FSO诊断工具,评估2021年7月现有探空和地面观测对内蒙古睿图预报系统预报的影响。该方法计算代价相对低廉,并允许根据观测变量、观测类型、气压层次、地理区域等观测的子集对观测影响进行划分。代价函数为以干总能量为度量的背景场和分析场的预报误差之间的差异。结果表明:观测影响的总体总和为负,观测对预报起正贡献作用。对12 h预报误差减小贡献最大的观测来自探空观测的动力变量(U、V风分量)。而单时次单位数量平均观测影响,探空观测的贡献约为地面观测的1/2。探空观测对12 h预报误差减小从近地面层至模式层顶均保持正贡献作用,并在对流层中低层和对流层高空急流层存在两个极大值区域;地面观测在850 hPa以下低层正贡献占比明显。探空观测在被同化系统同化时均总体具有有利的影响,也反映出探空观测数据稳定、质量较高的特征;地面观测对12 h预报误差减小起正贡献作用次数最多的区域在河套地区尤为显著。同时,探讨了需进一步提高地面观测资料同化率的问题。     

The REM Adjoint System and Its 4DVar Data Assimilation Experiments

The Regional Eta-coordinate Model(REM) has performed well in forecasting heavy rainfalls in China in recent years.A four-dimensional variational assimilation system(4DVar) is developed to improve the forecast skill of the REM.The tangent linear model and adjoint model codes are written according to thecode to coderule,and the establishment of the REM adjoint modeling system is introduced in detail in this paper.The tangent linear and adjoint models of the REM are validated against the observational data,...     

Application of FY-2C Cloud Drift Winds in a Mesoscale Numerical Model

Statistical tests and error analysis of cloud drift winds(CDWs) from the FY-2C satellite were made by using radiosonde observations.According to the error characteristics of the CDW,a bias correction using the thermal wind theory was applied in the data quality control.The CDW data were then assimilated into the GRAPES-meso model via the GRAPES-3DVar.A torrential rain event that occurred in northwestern China during 1-2 July 2005 was simulated.The results indicate that the CDW data were mainly distribute...     

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。     

T63资料同化中分析增量垂插值方案及其试验

文章介绍了国家气象中心Ｔ６３资料同化系统中分析增量ρ－η坐标变换的垂直插值方案以及与全量插值方案对比试验的结果，试验表明，增量方案可减小垂直插值误差，提高初值质量，从而对改进资料同化和中期数值天气预报起到一定作用。