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。     

基于多模式集成冬半年气温预报偏差修正

卡尔曼滤波递减平均方法对模式直接输出的气温预报进行订正,能有效提高预报准确率,但有时会造成显著负订正的现象,使订正预报效果反而不及模式直接输出。利用消除偏差集合平均方法(BREM)选择最优滑动训练期对2019年10月至2020年4月ECMWF预报(EC)、经过卡尔曼滤波递减平均法订正的预报(EC＿COR)及中央台网格指导预报(SCMOC)等3种气温预报在黑龙江省的结果进行集成,并将BREM方法对EC＿COR的修正效果进行评估,结果表明：不同预报结果都表现为冬季和夜间预报的准确率更低,气温偏低的11月至翌年1月更倾向于表现出预报较实况系统性偏高的特点。BREM方法能有效地修正EC＿COR对EC负订正的现象,且可显著高于任何一种参与集成的单一预报效果。可在对单一模式进行卡尔曼滤波递减平均订正的基础上,进一步提升预报质量。另外,利用集成方法对高质量预报产品的融合(不局限于模式直接输出预报或是订正预报)可获取较单一预报更优的预报结果。     

数值模式延伸期可预报分量提取及预报技术研究

针对延伸期尺度的可预报分量,借鉴了CNOP相关算法,形成了在数值模式中提取可预报分量的实用方法和预报技术.从模式预报误差增长的角度将模式变量分为可预报分量和不可预报的混沌分量,将可预报分量定义为在预报时段内误差增长较慢的分量.基于现有的国家气候中心月动力延伸预报业务模式,建立了针对可预报分量的数值模式.同时结合历史资料有用信息,对数值模式的可预报分量,在历史资料的可预报分量中寻找相似场,降低了相似判断过程中变量的维数,进一步对可预报分量的预报误差进行订正.对混沌分量利用历史资料,通过集合预报方法得出其期望值和方差.数值试验结果表明,该方法能有效提高10～30天延伸期数值模式大气环流场的预报技巧,具有良好的业务应用前景.     

分位数调整法在北京动力降尺度模拟订正中的适用性评估

基于分位数调整法对变网格模式LMDZ4在中国区域进行动力降尺度模拟的北京日平均气温和降水结果进行了统计误差订正。订正后的日平均气温在年循环、平均值和频率等方面均十分接近观测值,全年平均气温偏差由-1.2℃降至-0.4℃。降水的订正过程较气温更加复杂,首先对降水日数进行订正,以消除模式产生的虚假微量降水,订正后降水日数误差由61.5%降至3.7%。此外,分位数调整法可有效订正中小型与极端降水的频率和强度,订正后全年降水误差由0.28 mm/d降至0.07 mm/d。订正后最大降水月为7月,与观测一致,消除了冬季的虚假极端降水。分位数调整法无论是对气温还是降水,其订正效果都存在明显的季节性差异。日平均气温的订正在冬、夏季要优于春、秋季,对极端高、低气温的订正更加显著。该统计误差订正方法不仅有效消除了气候平均值的漂移,同时对极值也有一定改善,是一种相对完善的订正方案。分位数调整法也存在一定的不确定性,订正效果受观测资料和模式模拟能力影响较大。     

偏航姿态对北斗精密单点定位的影响分析

当太阳相对于卫星轨道面的高度角较小时,北斗导航卫星将不会跟踪太阳位置,卫星姿态发生异常复杂的变化后一段时间内处于零偏模式。在此期间采用名义姿态将影响卫星天线相位中心偏差、相位缠绕等误差计算,进而使精密单点定位(PPP)参数估计和天顶对流层延迟估计出现偏差。研究表明,在北斗导航卫星处于零偏期间,采用名义姿态计算的相位缠绕、天线相位中心偏差中存在超过15cm的误差。在此期间的北斗卫星采用零偏姿态改正相位缠绕等误差,与采用名义姿态相比,动态PPP位置参数N、E、U的估计精度可以提高53.2%、54.2%、39.3%,静态PPP位置参数N、E、U的估计精度可以提高61.0%、72.3%、58.4%,天顶对流层延迟估计精度提高33.0%。     

多种风电场风速预报订正方法的适用性研究与集成应用

以内蒙古中部某风电场为实验风电场,采用随机森林（Random forest,RF）方法、相似误差订正（Analogue correction of errors,ACE）方法以及概率密度匹配方法（Probability density function matching method,PDF）分别对风电场风速预报进行订正及适用性研究。结果表明：3种方法在各季均对中尺度天气预报模式（Weather research and forecasting model, WRF）风速预报具有不同程度的订正效果,RF方法可以有效改善WRF误差较大的问题,但兼具误差过分放大情况,ACE方法和PDF虽然对较大误差的改善能力不及RF方法,但是能够较好地控制误差过分放大问题。此外,3种方法针对小于5 m·s^-1的小风速段,订正效果不理想,随着风速的增加,订正能力逐渐增强。参照预报模型各自的优势,尝试开展多种预报模型的分风速等级集成应用,可以对不同风速等级下的WRF预报起到较好的改善作用。     

青藏高原地区500hPa FGGEⅢb风场订正方法及其分析

本文在文献[1]的基础上,用Cressman逐步订正方法,对高原地区500hPa FGGEⅢ_b资料(1979年5—8月每天2次流场图)用我国同期青藏高原气象科学实验资料进行了订正。与天气图(包括科实资料)及科实的流线图对比,发现与天气图等对应得很好,此方法有一定的实用意义。另外,订正图与FGGEⅢ_b流线图比较,主要结果:(1)NCAR软件所绘的流线图能很准确地反应格点风向。(2)FGGEⅢ_b资料能较好地反应高原地区的大尺度环流,但对次天气尺度系统如高、低中心漏分析的很多,尤其是低涡中心,只有1/2的准确率,但它们都对应于正负涡度区。有一点要特别指出:FGGEⅢ_b资料在高原西部常出现很强的低涡,而在订正图上不但涡小,且常只有低槽与之对应。(3)由订正图上可以看到低涡集中出现在高原中部30—35°N的纬带内,而反气旋中心则出现在其北侧(35°N以北)和南侧(30°以南)。(4)在高原的西南及东北边缘地区常出现地形槽,槽线为西北东南走向。它们的形成与地形影响密切,对高原东侧的天气影响也是明显的,值得进一步研究。     

RegCM3模式对青藏高原温度和降水的模拟及检验

为了检验RegCM3区域气候模式对青藏高原地区的模拟能力,利用NCEP再分析资料和观测站点资料,采用三种不同的对流参数化方案,对青藏高原地区2006年夏季进行了模拟分析,并重点对温度和降水进行了细致的检验。结果表明：模式能较好地再现青藏高原地区大尺度的环流特征,具有对青藏高原地区的温度和降水分布特征的模拟能力;对于量值的模拟,三种对流参数化方案均模拟出了与实况温度一致的变化趋势,但均存在5~6 ℃的冷偏差;Grell方案模拟的降水量均大于实况,Kuo-Anthes方案对于高原地区的降水量的模拟较为接近于实况,但模式对降水量的模拟能力仍有待进一步提高。     

HY-2B卫星微波辐射计地理定位与偏差修正

文章介绍了 HY-2B 卫星微波辐射计的工作原理、卫星星历获取、天线波束指向计算和一系列坐标系转换的方法。针对微波辐射计的圆锥扫描工作方式,给出了一种适用的地理定位算法并进行定位计算,通过相关参数修正,实现了对地理定位偏差的修正。将修正后的全球高中低纬度典型地域的定位结果与高精度地理底图叠加,显示两者匹配良好,该算法具有一定的实际应用价值。     

利用KBR数据检核GRACE卫星精密轨道

给出了一种利用KBR数据检核GRACE卫星精密轨道的方法,并使用了2012-11-25—2012-12-01实测的KBR数据对JPL提供的GRACE卫星事后精密轨道进行了检核。检核结果表明,两颗GRACE卫星之间的距离偏差在0.005 m以内。