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线性化物理过程对GRAPES 4DVAR同化的影响
被引量：
19
1
作者
刘永柱
龚建东
+1 位作者
张林
陈起英
《气象学报》
CAS
CSCD
北大核心
2019年第2期196-209,共14页
线性化物理过程能够改善四维变分同化中极小化收敛的稳定性和增加极小化过程中对大气物理过程和动力更加精确的描述,它是四维变分同化中非常重要的一部分。通过在GRAPES全球模式中研究线性化物理过程,尤其是两个湿线性化物理过程,改善...
线性化物理过程能够改善四维变分同化中极小化收敛的稳定性和增加极小化过程中对大气物理过程和动力更加精确的描述,它是四维变分同化中非常重要的一部分。通过在GRAPES全球模式中研究线性化物理过程,尤其是两个湿线性化物理过程,改善切线性模式预报精度,来提高GRAPES全球四维变分同化的分析和预报效果。线性化物理过程的开发首先需要简化原非线性化物理过程中的强非线性项,然后对线性化物理过程进行规约化,以抑制切线性扰动的异常增长。目前GRAEPS全球模式中的线性化物理过程主要包括次网格尺度地形参数化、垂直扩散、积云深对流和大尺度凝结。线性化物理过程预报精度的检验方法是通过选择合适大小的初始扰动(同化分析增量),来比较非线性模式和切线性模式中的扰动演化的纬向平均误差。然后以绝热版本的切线性模式为基础,通过冬、夏两个个例试验来分别检验4个线性化物理过程的12 h预报效果。试验结果表明,通过添加次网格地形参数化和垂直扩散两个干线性化物理过程方案,可以有效抑制住绝热版本切线性模式低层扰动的异常增长,大幅度改善切线性模式预报效果。通过添加积云深对流和大尺度凝结两个湿线性化物理过程,可以在热带区域和中、高纬度地区提高切线性模式中湿变量和温度变量的近似精度,提高GRAPES全球四维变分同化的分析和预报效果。
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关键词
线性化物理过程
切
线性
模式
GRAPES模式
四维变分同化
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职称材料
CMA-GFS 4DVar边界层过程线性化的改进
被引量：
5
2
作者
刘永柱
张林
+1 位作者
陈炯
王超
《应用气象学报》
CSCD
北大核心
2023年第1期15-26,共12页
持续发展和优化切线性模式的线性化物理过程,保持与非线性模式一致是改善四维变分同化(4DVar)分析和预报效果的有效方法之一。目前业务系统的CMA-GFS模式采用基于Charney-Phillips(C-P)跳点的边界层参数化方案,而CMA-GFS 4DVar系统中采...
持续发展和优化切线性模式的线性化物理过程,保持与非线性模式一致是改善四维变分同化(4DVar)分析和预报效果的有效方法之一。目前业务系统的CMA-GFS模式采用基于Charney-Phillips(C-P)跳点的边界层参数化方案,而CMA-GFS 4DVar系统中采用基于Lorenz跳点的边界层线性化方案。为改善CMA-GFS 4DVar系统的边界层分析和预报效果,基于C-P跳点的边界层参数化方案研发了新边界层线性化方案,并通过对方案中地表热量通量和水汽通量扰动、自由大气的理查逊系数扰动、边界层的热量和动量交换系数扰动等进行更加精细地规约化约束,在确保CMA-GFS切线性和伴随模式稳定运行的情况下,减少线性化过程对切线性模式预报精度的影响。切线性近似试验检验表明:相较于原方案,新边界层线性化方案可以减少边界层位温和比湿的相对误差,最大可减少10%。批量4DVar循环同化试验表明:新边界层线性化方案可以有效改善切线性模式对低层位温、风场和比湿扰动的预报精度,减少4DVar内外循环目标泛函的相对差异,并提高700 hPa位势高度的可预报时效。
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关键词
边界层
过程
线性化物理过程
CMA-GFS
四维变分同化
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职称材料
题名
线性化物理过程对GRAPES 4DVAR同化的影响
被引量：
19
1
作者
刘永柱
龚建东
张林
陈起英
机构
中国气象局数值预报中心/国家气象中心
出处
《气象学报》
CAS
CSCD
北大核心
2019年第2期196-209,共14页
基金
公益性行业(气象)科研专项(GYHY201506003)
重大自然灾害监测预警与防范(2018YFC1506705)
中国气象局数值预报中心GRAPES发展专项(GRAPES-FZZX-2018)
文摘
线性化物理过程能够改善四维变分同化中极小化收敛的稳定性和增加极小化过程中对大气物理过程和动力更加精确的描述,它是四维变分同化中非常重要的一部分。通过在GRAPES全球模式中研究线性化物理过程,尤其是两个湿线性化物理过程,改善切线性模式预报精度,来提高GRAPES全球四维变分同化的分析和预报效果。线性化物理过程的开发首先需要简化原非线性化物理过程中的强非线性项,然后对线性化物理过程进行规约化,以抑制切线性扰动的异常增长。目前GRAEPS全球模式中的线性化物理过程主要包括次网格尺度地形参数化、垂直扩散、积云深对流和大尺度凝结。线性化物理过程预报精度的检验方法是通过选择合适大小的初始扰动(同化分析增量),来比较非线性模式和切线性模式中的扰动演化的纬向平均误差。然后以绝热版本的切线性模式为基础,通过冬、夏两个个例试验来分别检验4个线性化物理过程的12 h预报效果。试验结果表明,通过添加次网格地形参数化和垂直扩散两个干线性化物理过程方案,可以有效抑制住绝热版本切线性模式低层扰动的异常增长,大幅度改善切线性模式预报效果。通过添加积云深对流和大尺度凝结两个湿线性化物理过程,可以在热带区域和中、高纬度地区提高切线性模式中湿变量和温度变量的近似精度,提高GRAPES全球四维变分同化的分析和预报效果。
关键词
线性化物理过程
切
线性
模式
GRAPES模式
四维变分同化
Keywords
Linearized physical processes
Tangent linear model
GRAPES model
Four-dimensional variational assimilation
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
CMA-GFS 4DVar边界层过程线性化的改进
被引量：
5
2
作者
刘永柱
张林
陈炯
王超
机构
中国气象局地球系统数值预报中心
中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室
出处
《应用气象学报》
CSCD
北大核心
2023年第1期15-26,共12页
基金
国家自然科学基金重大项目(4209002)
国家重大研发计划(2022YFC3005000)。
文摘
持续发展和优化切线性模式的线性化物理过程,保持与非线性模式一致是改善四维变分同化(4DVar)分析和预报效果的有效方法之一。目前业务系统的CMA-GFS模式采用基于Charney-Phillips(C-P)跳点的边界层参数化方案,而CMA-GFS 4DVar系统中采用基于Lorenz跳点的边界层线性化方案。为改善CMA-GFS 4DVar系统的边界层分析和预报效果,基于C-P跳点的边界层参数化方案研发了新边界层线性化方案,并通过对方案中地表热量通量和水汽通量扰动、自由大气的理查逊系数扰动、边界层的热量和动量交换系数扰动等进行更加精细地规约化约束,在确保CMA-GFS切线性和伴随模式稳定运行的情况下,减少线性化过程对切线性模式预报精度的影响。切线性近似试验检验表明:相较于原方案,新边界层线性化方案可以减少边界层位温和比湿的相对误差,最大可减少10%。批量4DVar循环同化试验表明:新边界层线性化方案可以有效改善切线性模式对低层位温、风场和比湿扰动的预报精度,减少4DVar内外循环目标泛函的相对差异,并提高700 hPa位势高度的可预报时效。
关键词
边界层
过程
线性化物理过程
CMA-GFS
四维变分同化
Keywords
planetary boundary layer
linearized physical processes
CMA-GFS
four-dimensional varia tional assimilation
分类号
P456 [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
线性化物理过程对GRAPES 4DVAR同化的影响
刘永柱
龚建东
张林
陈起英
《气象学报》
CAS
CSCD
北大核心
2019
19
在线阅读
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职称材料
2
CMA-GFS 4DVar边界层过程线性化的改进
刘永柱
张林
陈炯
王超
《应用气象学报》
CSCD
北大核心
2023
5
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职称材料
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