集合Kalman滤波同化理论及其数值试验

集合Kalman滤波用于数值试验有着坚实的理论基础.本文介绍了集合Kalman滤波理论及其技术实现, 在此基础上搭建了集合Kalman滤波同化系统, 用MM5模式同化了实测探空资料并作了48 h的预报试验, 并将预报结果与实测值及4D VAR同化的结果作了比较.试验结果表明: 集合Kalman滤波同化探空资料可以改进MM5模式的预报效果, 且集合Kalman滤波同化后模式的预报效果明显优于4D VAR同化后模式的预报效果.     

基于GRAPES四维变分的静止轨道微波观测系统模拟试验研究

地球静止轨道微波观测同时具有高频次、大视场和穿透云雨的全天候观测能力,因此中国在规划第二代静止轨道气象卫星“风云四号”系列时已经明确提出对静止轨道微波观测的需求。基于中国候选的50、118、183、380和425 GHz五频段静止轨道微波辐射计载荷方案,开展了地球静止轨道微波观测系统模拟试验,理解其观测时间分辨率、频段选取和观测误差对台风预报的影响。试验基于GRAPES全球四维变分同化系统,同化静止轨道微波模拟观测资料,以2018年台风“玛利亚”和“山竹”为例分析了静止轨道微波资料同化对台风预报的影响。试验结果表明,对于静止轨道微波资料同化应用,提高观测资料的时间分辨率、增加通道数量和降低噪声水平能够有效提升台风数值预报性能。      

基于扰动模式的四维变分资料同化系统框架的设计完善和数值试验

为了建立一个应用于区域数值预报的四维变分资料同化（4DVar）系统,在近期开发的扰动预报模式GRAPES_PF基础上,开发完善增量四维变分同化系统框架。该框架中暂不包含物理过程（长短波辐射、边界层过程、对流参数化和云微物理等）。对比业务使用的GRAPES 3DVar系统,增加了温度控制变量。将无量纲Exner气压与流函数的线性风压平衡方程直接在地形追随垂直坐标面上求解,且通过广义共轭余差法（GCR）求解扰动亥姆霍兹（Helmholtz）伴随方程。利用人造“探空”资料对2015年10月台风“彩虹”进行了理想数值试验。试验结果表明,所开发的扰动四维变分同化框架得到了预期的结果,即同化更多资料并反复受到模式约束的四维变分同化系统能有效改善初值质量,进而改善区域数值预报。建立的区域四维变分同化框架合理可行,为进一步发展包含完整物理过程的区域四维变分同化系统奠定了研究基础。      

我国风云极轨气象卫星及应用进展

我国风云极轨气象卫星数据,目前已经被应用在天气预报、气候预测、自然灾害、环境监测、科学研究等多个重要领域,为我国国民经济建设、国防建设、防灾减灾和全球许多国家的经济发展做出了重要贡献.本文介绍了我国风云极轨气象卫星的发展历程,重点阐述了目前风云极轨气象卫星在卫星数据预处理、定量产品反演、卫星资料同化等方面的应用研究进展...     

GRAPES全球四维变分同化分析场质量的初步诊断分析

为了深入认识全球四维变分同化系统(Global Regional Assimilation and Prediction System Four-Dimensional Variational,GRAPES 4DVAR)分析场质量,利用2019年3月1日至2020年2月29日GRAPES 4DVAR 7层等压面的高度、...     

中尺度WRF数值模式系统本地化业务试验

利用中尺度WRF数值模式及WRF三维变分同化系统,在对比试验的基础上,选取了适合本地的积云过程、微物理过程和辐射过程的方案组合;选择了NCEP/GFS作为模式的背景场;统计计算了以云南为中心的区域背景误差协方差并替换了三维变分同化系统中原有的背景误差协方差;同时,考虑模式底层高度与地面观测站高度的差异,进行了地面资料地形订正.通过上述试验研究,建立了本地化的中尺度WRF数值预报业务系统,该系统能较好地刻画本地下垫面的动力和热力状况,预报能力有明显改善.     

复杂地形下地面观测资料同化I. 模式地形与观测站地形高度差异对地面资料同化的影响研究

中国地形复杂，模式地形与实际观测地形存在一定高度差异，因此设计合理的复杂地形下地面观测资料的同化方案有利于使我国目前仅用作探测手段的地面观测资料（常规地面观测站和地面自动站）在中尺度数值模式中得到充分利用。作者在MM5_3DVAR同化系统中利用近地层相似理论将地面观测资料进行直接三维变分同化分析，并对地面资料同化方案设计中是否需要考虑模式与实际观测站地形高度差异进行探讨研究。研究结果表明：通过近地层相似理论将地面观测资料同化到数值模式能起到一定的作用，并且地面观测资料（温度、 湿度、 风场、 地面气压）中各物理量同化到数值模式都能影响24小时降水数值结果，但各物理量起的作用大小不一样，其中影响最大的是温度，其次为湿度；地面观测资料同化方案设计有必要考虑模式地形与实际观测站地形高度差异，适当考虑这种高度差异能取得较好的结果。     

在NCEPGDAS中同化MSG和GOES资料

首次将MSG-2（Meteosat Second Generation-2）卫星上的旋转增强可见光及红外成像仪（Spin—ning Enhanced Visibleand Infrared Imager,SEVIRI）的观测资料同化到美国国家环境预报中心（Na—tional Centers for Environmental Prediction,NCEP）全球资料同化系统（globaldataassimilationsys—tern,GDAS）中。对当前的地球静止业务环境卫星（Geostationary Operational Environmental Satel—lite,GOES）成像仪资料的同化问题也进行了进一步探讨。利用CRTM（The Community Radiative Transfer Model）模式,对SEVIRI辐射率观测资料进行了模拟。为了对红外辐射率资料进行模拟,CRTM模式中的几个关键部分得到改进,例如：动态更新地面发射率资料以及采用了快速精确的气体吸收模块。为了改进对SEVIRI和GOES成像仪辐射率资料的模拟效果,采用了GSICS（The Global Space—Based Inter—Calibration System）标定订正。初步研究结果表明,包含对SEVIRI辐射率资料的水汽通道（6．25和7．35μm）和二氧化碳通道（13．40μm）的同化对GFS（Global Forecast System）6d预报具有显著的正影响;而对其他5个SEVIRI红外窗口通道资料的同化则减小了这种正影响。通过应用GSICS标定算法,订正了SEVIRI和GOES-12成像仪观测资料的偏差,提高了对GFS预报的影响。此外,还需作进一步研究来提高对SEVIRI红外窗口通道辐射率资料同化的有效性。     

UKF滤波算法在数据同化中的应用

介绍了一种新的数据同化算法（UKF,Unscented Kalman Filter）,该算法不需要计算伴随矩阵,就能够解决模式的非线性问题。以Lorenz系统为例,进行了数据同化的数值试验。结果表明：基于UKF的同化方案与背景场的初始值无关,它能有效地抑制状态变量误差的增长,同化结果精度高。     

GPS气象学研究及应用的进展与前景

概述了GPS气象学的形成、发展过程及其主要研究内容,对GPS气象学基本原理作了简单介绍。比较全面、系统地分析了国内外GPS技术在气象学研究及应用方面的现状及最新进展,展望了GPS气象学潜在的应用领域以及广阔的应用前景。