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GRAPES区域扰动预报模式动力框架设计及检验
被引量：
1
1
作者
冯业荣
薛纪善
+1 位作者
陈德辉
吴凯昕
《气象学报》
CAS
CSCD
北大核心
2020年第5期805-815,共11页
设计了适用于四维变分同化系统的扰动预报模式GRAPES_PF。根据GRAPES的地形追随坐标非静力原始方程组,采用小扰动分离方法推导微分形式的线性扰动预报方程组,并利用与GRAPES非线性模式相似的数值求解方案求解线性扰动微分方程组。在设...
设计了适用于四维变分同化系统的扰动预报模式GRAPES_PF。根据GRAPES的地形追随坐标非静力原始方程组,采用小扰动分离方法推导微分形式的线性扰动预报方程组,并利用与GRAPES非线性模式相似的数值求解方案求解线性扰动微分方程组。在设计扰动预报模式时采用了两个时间层半隐式半拉格朗日方案对动量方程、热力学方程、水汽方程和连续方程进行时间差分,空间差分方案的变量分布水平方向采用Arakawa C跳点网格,垂直方向采用Charney/Phillips跳层。利用代数消元法进一步推导得到只包含未来时刻扰动Exner气压的亥姆霍兹方程,进而通过广义共轭余差法(GCR)求解,在此基础上得到未来时刻扰动量的预报值。基于所开发的扰动模式开展了数值试验。首先在非线性模式中施加一个中尺度初始扰动高压,得到初始扰动在非线性模式中的后续演变,然后将相同的初始扰动作为扰动模式的初值进行时间积分,将扰动模式预报的结果与非线性模式的结果做了对比。结果表明,所开发的扰动模式GRAPES_PF较好地模拟了惯性重力内波的传播过程:初始高压扰动激发了一个迅速向外传播的惯性重力内波,在气压场向风场适应的过程中,水平风场、垂直运动、位温和湿度等变量均出现了扰动增量,与非线性模式得到的结果相当接近。GRAPES_PF作为GRAPES非线性模式的合理线性模式为建立基于线性扰动预报的区域四维变分同化系统奠定了科学基础。
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关键词
扰动预报模式
GRAPES非线性
模式
四维变分同化
半隐式半拉格朗日方案
亥姆霍兹方程
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职称材料
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
被引量：
1
2
作者
冯业荣
薛纪善
+1 位作者
李梦婕
戴光丰
《气象学报》
CAS
CSCD
北大核心
2021年第6期902-920,共19页
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...
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。
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关键词
四维变分资料同化(4DVar)
扰动预报模式
GRAPES
区域
模式
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职称材料
题名
GRAPES区域扰动预报模式动力框架设计及检验
被引量：
1
1
作者
冯业荣
薛纪善
陈德辉
吴凯昕
机构
中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室
中国气象科学研究院
国家气象中心
出处
《气象学报》
CAS
CSCD
北大核心
2020年第5期805-815,共11页
基金
国家自然科学基金联合基金项目(U1811464)
国家重点研发计划重点专项项目(2018YFC1506900)。
文摘
设计了适用于四维变分同化系统的扰动预报模式GRAPES_PF。根据GRAPES的地形追随坐标非静力原始方程组,采用小扰动分离方法推导微分形式的线性扰动预报方程组,并利用与GRAPES非线性模式相似的数值求解方案求解线性扰动微分方程组。在设计扰动预报模式时采用了两个时间层半隐式半拉格朗日方案对动量方程、热力学方程、水汽方程和连续方程进行时间差分,空间差分方案的变量分布水平方向采用Arakawa C跳点网格,垂直方向采用Charney/Phillips跳层。利用代数消元法进一步推导得到只包含未来时刻扰动Exner气压的亥姆霍兹方程,进而通过广义共轭余差法(GCR)求解,在此基础上得到未来时刻扰动量的预报值。基于所开发的扰动模式开展了数值试验。首先在非线性模式中施加一个中尺度初始扰动高压,得到初始扰动在非线性模式中的后续演变,然后将相同的初始扰动作为扰动模式的初值进行时间积分,将扰动模式预报的结果与非线性模式的结果做了对比。结果表明,所开发的扰动模式GRAPES_PF较好地模拟了惯性重力内波的传播过程:初始高压扰动激发了一个迅速向外传播的惯性重力内波,在气压场向风场适应的过程中,水平风场、垂直运动、位温和湿度等变量均出现了扰动增量,与非线性模式得到的结果相当接近。GRAPES_PF作为GRAPES非线性模式的合理线性模式为建立基于线性扰动预报的区域四维变分同化系统奠定了科学基础。
关键词
扰动预报模式
GRAPES非线性
模式
四维变分同化
半隐式半拉格朗日方案
亥姆霍兹方程
Keywords
Perturbation forecast model
GRAPES nonlinear model
Four dimensional variational data assimilation(4D-Var)
Semi-implicit semi-Lagrangian scheme
Helmholtz equation
分类号
P456.7 [天文地球—大气科学及气象学]
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职称材料
题名
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
被引量：
1
2
作者
冯业荣
薛纪善
李梦婕
戴光丰
机构
中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室
出处
《气象学报》
CAS
CSCD
北大核心
2021年第6期902-920,共19页
基金
国家自然科学基金联合基金项目(U1811464)
国家重点研发计划重点专项项目(2018YFC1506900)。
文摘
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。
关键词
四维变分资料同化(4DVar)
扰动预报模式
GRAPES
区域
模式
Keywords
Four-dimensional variational data assimilation(4DVar)
Perturbation forecast model
Regional GRAPES model
分类号
P435 [天文地球—大气科学及气象学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
GRAPES区域扰动预报模式动力框架设计及检验
冯业荣
薛纪善
陈德辉
吴凯昕
《气象学报》
CAS
CSCD
北大核心
2020
1
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
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
冯业荣
薛纪善
李梦婕
戴光丰
《气象学报》
CAS
CSCD
北大核心
2021
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