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基于时空四维多尺度分析方法的卫星遥感和现场观测联合同化研究 被引量：2
1
作者 刘涵宇 李威 +5 位作者 韩桂军 邵祺 梁康壮 胡艳 王茹 胡松 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期110-125,共16页
充分融合使用卫星遥感与现场观测信息,构建高质量的水下温盐场是海洋科学研究发展的前沿课题。目前,绝大多数同化系统使用的同化方案,均需要假设要素在海表与水下存在某种人为预先设定的关系,从而导致得到的温盐分析场人为性较强,不能... 充分融合使用卫星遥感与现场观测信息,构建高质量的水下温盐场是海洋科学研究发展的前沿课题。目前,绝大多数同化系统使用的同化方案,均需要假设要素在海表与水下存在某种人为预先设定的关系,从而导致得到的温盐分析场人为性较强,不能完全客观地反映真实的海洋状态。本研究提出了一种不做任何关系假设,仅依靠不同种类的观测资料在时间和空间上的相互补充作用,融合卫星遥感与现场观测资料,进行时空四维多尺度分析的方案。通过与分别单独同化这两类观测资料的试验结果相比,该方案既可以得到较精准的温盐剖面结构特征,又能够反映出海面中尺度变化的细节信息,最大化地提取了观测资料中的多尺度信息,实现了“1+1>2”的效果,构建了完全客观的温盐分析场。研究结果还表明,同化卫星遥感海表面盐度资料可以有效改善温度和盐度的分析,证明了海表面盐度观测在温盐同化中的重要性。 展开更多
关键词 多尺度分析 卫星遥感 现场观测 多重网格四维变分方法
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变分同化方法在Lorenz系统中的简单应用研究 被引量：3
2
作者 杜川利 黄向宇 俞小鼎 《气象》 CSCD 北大核心 2005年第2期23-26,共4页
利用Lorenz模式作变分同化数值试验 ,通过对一个简单系统的讨论 ,介绍四维变分同化方法。对初值敏感性和观测点的个数及观测值作了对比试验 ,发现随着模式对初值敏感性的增加 ,同化效果会越来越差 ;观测点越少 ,观测值误差越大 ,这些都... 利用Lorenz模式作变分同化数值试验 ,通过对一个简单系统的讨论 ,介绍四维变分同化方法。对初值敏感性和观测点的个数及观测值作了对比试验 ,发现随着模式对初值敏感性的增加 ,同化效果会越来越差 ;观测点越少 ,观测值误差越大 ,这些都会影响同化效果 ,甚至导致同化失败。 展开更多
关键词 四维变分同化方法 观测值 初值 数值试验 发现 敏感性 效果 失败 影响 增加
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用变分法修正黑河试验数据的初步研究 被引量：2
3
作者 马刚 王强 邱崇践 《大气科学》 CSCD 北大核心 2002年第2期271-278,共8页
为了对黑河试验观测资料进行订正，利用一个一雏边界层垂直扩散模式和以拟牛顿极小化算法为基础的最优化方法建立了一个变分同化系统，其中，目标函数相对于控制变量的梯度用扰动法求取。并利用模式资料和黑河试验若干时刻的观测资料进... 为了对黑河试验观测资料进行订正，利用一个一雏边界层垂直扩散模式和以拟牛顿极小化算法为基础的最优化方法建立了一个变分同化系统，其中，目标函数相对于控制变量的梯度用扰动法求取。并利用模式资料和黑河试验若干时刻的观测资料进行了一些数值试验。试验证明，将初始场变量与模式误差系数同时作为控制变量加以调整，能够有效调整初始场观测资料。并且，用变分同化方法能够较线性插值（时间、空间）方法更有效、合理的修正黑河试验观测资料场的种种缺陷。 展开更多
关键词 边界层 黑河试验 扰动法 干旱气候 拟牛顿极小化算法 变分四维同化方法 大气模式
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应用单多普勒雷达资料反演风场作暴雨中尺度分析 被引量：11
4
作者 陈列 寿绍文 +1 位作者 林开平 李柏 《南京气象学院学报》 CSCD 北大核心 2003年第3期358-363,共6页
针对 2 0 0 2年 6月 2 3日发生在安徽西部的一次暴雨过程 ,以有限的探空资料作为大尺度背景场 ,应用合肥 CINRAD- 98D多普勒雷达资料 ,通过准四维变分分析方法进行反演 ,获得了不易被常规探测到的中小尺度三维风场 ,由此分析了引起强降... 针对 2 0 0 2年 6月 2 3日发生在安徽西部的一次暴雨过程 ,以有限的探空资料作为大尺度背景场 ,应用合肥 CINRAD- 98D多普勒雷达资料 ,通过准四维变分分析方法进行反演 ,获得了不易被常规探测到的中小尺度三维风场 ,由此分析了引起强降水的中尺度天气系统。指出暴雨中心位于风速切变的下方 ,同时上空也伴随辐合中心 ,以及正涡度极大值。分析结果表明 ,变分法是一种较为准确的从雷达资料中提取三维风场的方法。利用雷达资料反映中尺度天气系统 ,同时又加入大尺度的背景场作为基础 ,两者相互弥补 ,能较真实地反映实际天气状况。在气象预报中有效地应用多普勒雷达资料 ,有助于研究更为细致的中小尺度天气系统结构 ,而且也可为中小尺度数值预报模式提供准确的初始场。 展开更多
关键词 中小尺度三维风场 暴雨过程分析 降水 中尺度天气分析 准四维变分分析方法 单多普勒雷达资料反演
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基于4D-VAR的动态非对称台风初值化方法试验研究 被引量：3
5
作者 袁炳 费建芳 +2 位作者 王云峰 陆汉城 韩月琪 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2010年第4期475-482,共8页
经典BDA台风初值化方案中台风模型为一个不能充分反映个别台风具体特征的轴对称海平面涡旋场,且在同化窗口内强迫发展着的台风向这个静止涡旋场适应。本文针对该特点,提出一种充分融合分析场信息和实况信息并考虑副高影响的非对称台风Bo... 经典BDA台风初值化方案中台风模型为一个不能充分反映个别台风具体特征的轴对称海平面涡旋场,且在同化窗口内强迫发展着的台风向这个静止涡旋场适应。本文针对该特点,提出一种充分融合分析场信息和实况信息并考虑副高影响的非对称台风Bogus方法,利用PSU/NCAR的MM5模式及其伴随模式,通过四维变分同化(4D-VAR)技术,建立动态非对称BDA方案,对多个不同时次的Bogus资料进行同化。通过对夏季受副热带高压影响较大的6个台风的数值模拟试验对比发现,新方案的路径模拟普遍优于经典方案,且对于经典方案没能改善路径模拟的时段,新方法的模拟效果却能得以改进;新方法模拟的强度普遍弱于经典方案,但这种趋势使得新方法的中后期模拟强度较经典方案更接近于实况。另外,当实况中台风强度已大为减弱时,同化试验模拟的台风仍然保持很强的强度,造成气旋的过度发展,这种情况对BDA方案模拟效果的限制作用还需进一步研究。 展开更多
关键词 数值天气预报 台风初值化方法 四维变分同化 非对称台风 台风路径和强度模拟
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雷达热动力反演资料的高分辨率同化模拟试验 被引量：3
6
作者 张亦洲 苗世光 陈明轩 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期165-177,共13页
目前,北京地区的天气预报系统对局地对流性定量降水预报能力较弱,远不能满足人们生产、生活和防灾、减灾工作的需要。针对北京地区对提高0—12 h短时临近天气,尤其是夏季局地对流性降水预报能力的需求,基于中国气象局北京城市气象研究... 目前,北京地区的天气预报系统对局地对流性定量降水预报能力较弱,远不能满足人们生产、生活和防灾、减灾工作的需要。针对北京地区对提高0—12 h短时临近天气,尤其是夏季局地对流性降水预报能力的需求,基于中国气象局北京城市气象研究所变分多普勒雷达分析系统(VDRAS)的雷达热动力反演资料,建立了WRF模式初始化模块,采用四维资料同化(FDDA)方法,将VDRAS系统高时空分辨率三维热动力结构分析场资料同化到WRF模式中,实现了北京地区VDRAS分析场资料在WRF中尺度模式系统中的应用。通过降水个例的高分辨率同化模拟试验分析了雷达热动力反演资料同化对模式预报结果的影响。研究结果表明:雷达热动力反演资料的同化能够提高模式系统对近地面温、湿、风大气要素和降水过程的模拟能力,改善2 m比湿、降水落区、降水量级、降水时间的预报效果,减少降水漏报的现象。温度和比湿的同化比风的同化对模拟降水结果的改善更重要。虽然研究表明雷达热动力反演资料在WRF模式中的同化能够明显改善模式对选取降水个例的模拟效果,但其对模式尤其是数值业务模式系统预报效果的影响需要进一步更全面、更系统的检验,为业务化应用奠定更坚实的基础。 展开更多
关键词 变分多普勒雷达分析系统 WRF模式 四维资料同化(FDDA)方法 降水
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数据同化百年史:演化、里程碑和未来方向
7
作者 谢元富 朱舒君 +3 位作者 和玉君 王斌 秦子龙 吴亚丽 《气象学报》 北大核心 2025年第3期536-551,共16页
数据同化,作为精确刻画大气、海洋和气候状态的关键科学问题,其概念早在100多年前便已提出。然而,正是得益于近几十年来计算机技术的突飞猛进,一些尖端的方法和手段才得以实现和应用。数据同化是一门集大气科学、物理学、数学、计算机... 数据同化,作为精确刻画大气、海洋和气候状态的关键科学问题,其概念早在100多年前便已提出。然而,正是得益于近几十年来计算机技术的突飞猛进,一些尖端的方法和手段才得以实现和应用。数据同化是一门集大气科学、物理学、数学、计算机科学于一体的交叉应用科学,它的发展与这些学科的进步紧密相连。将数据同化的先进方法和理论,与这些学科的成果进行对比分析,以期对过去的工作进行总结,为未来的方向提供有意义的思路。文中从应用数学的视角,深入探讨主流同化算法的本质,澄清常见误解,并提出未来研究的关键方向。 展开更多
关键词 数据同化 四维变分同化 集合卡尔曼滤波 增量法 多重网格法
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云迹风在热带气旋路径数值预报中的应用研究 被引量：28
8
作者 王栋梁 梁旭东 端义宏 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第3期351-358,共8页
通过一系列四维变分同化试验对GMS5卫星资料反演的云迹风资料在西北太平洋热带气旋的初始化及路径数值预报中的作用进行研究,同化资料为中国国家卫星气象中心提供的GMS5水汽和红外云迹风资料,其中70%在400hPa以上,50%集中在200～300hPa... 通过一系列四维变分同化试验对GMS5卫星资料反演的云迹风资料在西北太平洋热带气旋的初始化及路径数值预报中的作用进行研究,同化资料为中国国家卫星气象中心提供的GMS5水汽和红外云迹风资料,其中70%在400hPa以上,50%集中在200～300hPa。应用美国NCAR/PSU中尺度模式MM5及其四维变分同化系统,同化窗口为6h,对初始时刻和6h后的云迹风进行同化。同化前对云迹风资料进行了简单的类似ECMWF初值检验方法的质量控制。对2002年8个西北太平洋热带气旋共进行了22组试验。结果表明,采用四维变分同化技术同化云迹风对热带气旋路径预报有一定改善,12,24,36和48h预报的平均距离误差分别降低5%,12%,10%和7%,但同化云迹风的作用与初始气旋强度有关。选择初始中心海平面气压960hPa作为强、弱气旋的分类标准,则11个较强气旋平均路径误差12h减小了13%,12h以后的预报误差减小率维持在20%以上。而对于11个较弱气旋,平均路径误差反而略有增加,说明同化云迹风资料对不同初始强度的气旋作用也有所不同。其主要原因是由于强度较强的热带气旋往往具有较为深厚的垂直结构,因此受高层大气流场的影响更明显;同时,较弱热带气旋的云迹风观测相对稀少且凌乱,并且更容易受环境气流的影响,因此对于较弱的热带气旋,当模式变量与模式或变量之间在同化后不够协调的话,就会产生负效应。 展开更多
关键词 数值预报 云迹风 应用 国家卫星气象中心 中尺度模式MM5 热带气旋路径预报 四维变分同化 西北太平洋 ECMWF 2002年 海平面气压 风资料 资料反演 同化试验 NCAR 质量控制 检验方法 平均距离 气旋强度 分类标准 预报误差
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中国业务数值天气预报自主发展中的理论和方法创新
9
作者 沈学顺 苏勇 +8 位作者 李兴良 韩威 杨俊 马占山 刘永柱 张旭 唐杰 陈贤 翁富忠 《气象》 2025年第11期1293-1320,共28页
数值天气预报是天气预报业务和防灾减灾的核心科技,是衡量国家气象现代化水平的关键标志。在我国数值天气预报的自主创新历程中,以全球/区域同化预报系统(GRAPES)为核心的全面业务体系的建立,是具有里程碑意义的事件,标志着从技术引进... 数值天气预报是天气预报业务和防灾减灾的核心科技,是衡量国家气象现代化水平的关键标志。在我国数值天气预报的自主创新历程中,以全球/区域同化预报系统(GRAPES)为核心的全面业务体系的建立,是具有里程碑意义的事件,标志着从技术引进到自主创新的重大跨越。本文重点综述了新世纪以来GRAPES发展过程中在核心技术方面取得的原创性成果,主要包括预估-修正的半隐式半拉格朗日时间积分方案、多矩约束有限体积方法、高精度正定保形平流方案、双参数云物理方案、尺度自适应湍流参数化方案、快速辐射传输模式、非静力全球模式的切线和伴随模式、有约束卫星资料偏差订正、FY-4红外高光谱同化算法等方面的自主创新发展。这些突破是基础研究与业务实践紧密结合的成果,全面提升了我国自主研发的数值天气模式的预报性能。 展开更多
关键词 数值天气预报 GRAPES 半隐式半拉格朗日(SISL) 有限体积方法 物理过程参数化 四维变分 卫星资料同化
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10
《气象》 CSCD 北大核心 2010年第3期144-144,共1页
资料同化理论和应用（上册） 邹晓蕾著 该教材共分8章。第1、2章分别简述复习函数插值和统计估计理论。第3章简单介绍在早期业务数值预报中得到广泛应用的两个客观分析方法,即逐步订正与最优插值。第4章比较系统地讲解了伴随模式。第... 资料同化理论和应用（上册） 邹晓蕾著 该教材共分8章。第1、2章分别简述复习函数插值和统计估计理论。第3章简单介绍在早期业务数值预报中得到广泛应用的两个客观分析方法,即逐步订正与最优插值。第4章比较系统地讲解了伴随模式。第5章简述目前应用比较广泛的三种资料同化方法，即王维变分、四维变分和集合卡尔曼滤波方法。 展开更多
关键词 卡尔曼滤波方法 书架 客观分析方法 四维变分 同化理论 估计理论 函数插值 数值预报
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