纬度依赖背景场误差协方差及其对台风同化和预报的影响研究 被引量：7

1

作者 陈耀登 曾腊梅 +3 位作者 HUANG Xiang-yu WANG Hong-li 高玉芳 RIZVI S R H 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2014年第4期654-662,共9页

合理的背景场误差协方差矩阵是做好变分同化的关键。为进一步认识背景场误差协方差矩阵在中尺度预报中的作用,对背景场误差协方差中平衡关系的纬度依赖特征及其对中尺度同化及预报效果的影响进行了研究。为使得平衡关系既包含纬度依赖特... 合理的背景场误差协方差矩阵是做好变分同化的关键。为进一步认识背景场误差协方差矩阵在中尺度预报中的作用,对背景场误差协方差中平衡关系的纬度依赖特征及其对中尺度同化及预报效果的影响进行了研究。为使得平衡关系既包含纬度依赖特征,又降低纬度依赖带来的非平衡的噪音信息,在背景场误差协方差矩阵构造的平衡变换过程中引入了递归滤波的方法,对平衡变换中的回归系数进行了滤波平滑。同化单点观测的理想试验表明纬度依赖的背景场误差协方差具有更合理的动力关系,且滤波后的背景场误差协方差既保持了纬度依赖特征且明显平滑了噪音信息。台风"莫拉克"同化数值模拟试验表明纬度依赖的背景场误差协方差明显提高了36 h及以上的中心海平面最低气压和路径预报的预报效果。 展开更多

关键词 数值天气预报 资料同化 背景场误差协方差 纬度依赖 “莫拉克”台风

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各向异性背景场误差协方差构建及在“凡亚比”台风的应用 被引量：2

2

作者 陈耀登 陈晓梦 +2 位作者 闵锦忠 邢建勇 Wang Hongli 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第9期32-45,共14页

利用相临过去时段预报结果中同一时刻不同时效的模式预报场差异,计算预报误差协方差,并基于集合-变分混合同化系统将其与静态背景场误差协方差结合,从而在同化系统中构建了具有各向异性和一定流依赖特征的背景场误差协方差。单点观测理... 利用相临过去时段预报结果中同一时刻不同时效的模式预报场差异,计算预报误差协方差,并基于集合-变分混合同化系统将其与静态背景场误差协方差结合,从而在同化系统中构建了具有各向异性和一定流依赖特征的背景场误差协方差。单点观测理想试验显示本方案改善了静态模型化背景场误差协方差的各向同性和流依赖性问题。"凡亚比"台风的一系列同化及模拟试验表明,从台风路径、强度等方面本文方案的效果都要优于三维变分法。本文方案在不需要集合预报,计算量与三维变分法相当的情况下,给同化系统引入了各向异性、一定流依赖特征的背景误差协方差,因此本方案适于在计算资源较为紧缺情况下,对时效要求较高的预报业务中应用。 展开更多

关键词 资料同化 混合同化 背景场误差协方差 各向异性 台风

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快速更新循环同化系统的背景场误差协方差日变化特征研究及初步应用 被引量：4

3

作者 陈耀登 方奎明 +2 位作者 陈敏 杨登宇 顾天威 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2023年第2期259-270,共12页

目前多数快速更新循环同化系统在各分析时刻常使用固定的背景场误差协方差。为在快速更新循环同化系统中采用日变化的背景场误差协方差,基于RMAPS-ST系统分析了其夏季和冬季日变化背景场误差协方差特征,并进行了同化及预报对比试验。结... 目前多数快速更新循环同化系统在各分析时刻常使用固定的背景场误差协方差。为在快速更新循环同化系统中采用日变化的背景场误差协方差,基于RMAPS-ST系统分析了其夏季和冬季日变化背景场误差协方差特征,并进行了同化及预报对比试验。结果表明,该系统夏、冬两季的背景场误差协方差均呈现出明显的日变化特征,且夜间各变量(U、V、T、RH)的误差标准差与特征值均大于日间,反映模式系统夜间的预报误差大于日间;而夏季各变量误差标准差和特征值大于冬季,也说明系统在夏季的模式预报误差比冬季大;连续3 d的循环同化试验初步表明,采用日变化背景场误差协方差可以提高同化及预报效果。 展开更多

关键词 资料同化 快速更新循环 背景场误差协方差 日变化

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基于云依赖背景场误差协方差的雷达资料同化及对降雨预报影响研究 被引量：3

4

作者 陈娴雅 陈耀登 孟德明 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期243-256,共14页

传统变分同化方法中使用各向同性和均质的背景场误差协方差,忽略了背景场误差协方差的天气系统依赖性,而在变分框架下引入集合流依赖的背景场误差协方差还需要额外的集合预报。为在变分同化中引入更合理的背景场误差协方差,通过引入云... 传统变分同化方法中使用各向同性和均质的背景场误差协方差,忽略了背景场误差协方差的天气系统依赖性,而在变分框架下引入集合流依赖的背景场误差协方差还需要额外的集合预报。为在变分同化中引入更合理的背景场误差协方差,通过引入云指数构建“云依赖”背景场误差协方差,提出了一种云依赖背景场误差协方差的同化方案,并应用于雷达等多源观测资料同化。基于云依赖背景场误差协方差的资料同化方案,开展了一系列单点观测试验、梅雨期批量循环同化预报试验以及降雨个例详细诊断分析。从单点观测试验看,云依赖背景场误差协方差可以实时动态地调整各格点背景场误差,使分析增量具有明显的各向异性和对云雨特征的依赖;批量循环同化与预报试验表明采用云依赖背景场误差协方差的雷达资料同化可以稳定提高降水预报能力,对大量级降水评分的改善尤为明显;对强对流暴雨过程的诊断进一步表明,云依赖背景场误差协方差的应用改进了动力、热力、水汽和水凝物场的预报。基于云依赖背景场误差协方差的同化方案,能在变分同化框架下引入更符合实时天气特征的背景场误差协方差信息,为更好地同化高分辨率雷达资料提供了基础,有效提高了降雨预报的效果。 展开更多

关键词 雷达资料同化 变分同化 背景场误差协方差 云依赖

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背景误差协方差变量平衡特征及其对台风同化和预报的影响 被引量：9

5

作者 陈耀登 夏雪 +2 位作者 闵锦忠 邢建勇 孙涛 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2017年第3期289-298,共10页

构造合理的背景场误差协方差是做好资料同化的关键。分析了背景误差协方差中变量相关关系在台风季节和非台风季节隐含的不同动力平衡特征,并讨论其对台风同化和预报的影响。分析发现,与非台风季节相比,在台风季节温度与非平衡速度势具... 构造合理的背景场误差协方差是做好资料同化的关键。分析了背景误差协方差中变量相关关系在台风季节和非台风季节隐含的不同动力平衡特征,并讨论其对台风同化和预报的影响。分析发现,与非台风季节相比,在台风季节温度与非平衡速度势具有更强的动力相关性,拟相对湿度与其他控制变量的相关性也更显著。这些动力相关性在背景场误差中协方差的引入,将在同化分析过程中使得观测信息可以合理地对同化分析场产生影响。台风循环同化和预报的结果验证了对变量平衡特征的分析:背景误差协方差中新平衡关系的建立,对同化和预报有较大的正面影响,尤其是相对湿度和其他控制变量相关的建立,明显改善了台风路径、强度和降水的预报效果。 展开更多

关键词 台风 资料同化 背景场误差协方差 平衡关系

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背景场误差样本模拟对同化及数值预报效果的影响 被引量：5

6

作者 陈耀登 陈晓梦 +2 位作者 曾腊梅 WANG Hongli 王元兵 《高原气象》 CSCD 北大核心 2016年第3期767-776,共10页

合理估计背景场误差协方差矩阵(B)是做好变分同化的关键环节。利用控制变量随机扰动法(RandomCV)、增长模繁殖法(BGM)及NMC法等3种背景场样本模拟方法,基于WRFDA系统计算B矩阵,对B矩阵的特征及其对同化预报效果的影响进行了研究。B矩阵... 合理估计背景场误差协方差矩阵(B)是做好变分同化的关键环节。利用控制变量随机扰动法(RandomCV)、增长模繁殖法(BGM)及NMC法等3种背景场样本模拟方法,基于WRFDA系统计算B矩阵,对B矩阵的特征及其对同化预报效果的影响进行了研究。B矩阵的特征分析和单点观测试验表明,NMC法与RandomCV法得到的B矩阵误差方差较大,在同化中观测的权重更大;RandomCV法得到的B矩阵,背景场误差中变量的长度尺度更大,说明同化中观测的水平影响范围更大。连续循环同化和预报试验表明:应用RandomCV法计算得到的B矩阵分析与预报的效果明显优于系统自带的以及BGM法得到的B矩阵,且效果与NMC法相当与NMC方法相比,采用RandomCV方法产生背景场样本具有时间和人力成本相对低的优点。 展开更多

关键词 数值天气预报 资料同化 背景场误差协方差

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GMS-5反演湿度场的一维变分质量控制试验 被引量：1

7

作者 王华荣 郁凡 桂海林 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第3期342-350,共9页

应用一维变分方法对GMS5资料反演的相对湿度场进行了变分同化质量控制试验。首先具体分析了1998年6月12～29日的MM5模式12h预报湿度场、卫星反演湿度场和同化分析湿度场的误差统计量(误差平均值、误差自协方差矩阵、均方根误差等)。在... 应用一维变分方法对GMS5资料反演的相对湿度场进行了变分同化质量控制试验。首先具体分析了1998年6月12～29日的MM5模式12h预报湿度场、卫星反演湿度场和同化分析湿度场的误差统计量(误差平均值、误差自协方差矩阵、均方根误差等)。在此基础上,又应用一维变分方法对1998年7月20～30日的资料进行了同化试验,并以1998年7月21日00时(世界时)的结果为例,详细分析比较了3种湿度场。分析结果表明:MM5模式背景湿度场总体上低层偏湿,中上层偏干,各层面上的干湿区域区分明显;但往往湿区过湿,干区又偏干,均方根误差(RMSE)相对较大,各层面多在10以上,最高达到15.6。GMS5卫星反演湿度场总体与探空实测结果更接近,但整体平均看,各个层面基本上略偏湿,特别在中低层,RMSE为6.3～8.9。经过一维变分质量控制的湿度场基本接近卫星反演湿度场,但同化后的湿度场的RMSE在中低层要比卫星反演场的要小,RMSE下降了0.4～0.7,下降比率达到6%～9%;高层与卫星反演结果基本接近。对模式向前12h预报场而言,同化了卫星反演湿度场后,均方根误差值下降了1.4～9.0,下降比率达到17%～59%,同化后的湿度场与实际大气大大接近。 展开更多

关键词 GMS-5 控制试验 一维 1998年7月 卫星反演 MM5模式 均方根误差 变分方法 相对湿度场 协方差矩阵 变分同化 资料反演 同化试验 分析比较 分析结果 实测结果 质量控制 接近 下降 平均值 统计量 世界时 低层 预报场 误差值

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变分资料同化中不同的变分求解方法 被引量：2

8

作者 王喜冬 许东峰 徐晓华 《海洋学研究》 北大核心 2007年第3期103-111,共9页

在应用变分资料同化方法时面临着两方面的难题:一是背景场误差协方差矩阵的求逆问题;二是与背景场误差协方差矩阵相关的计算与存储问题。为了解决这两方面的问题,不同的求解方法便被提出来了。对主要的变分求解方法,包括增量法、运用空... 在应用变分资料同化方法时面临着两方面的难题:一是背景场误差协方差矩阵的求逆问题;二是与背景场误差协方差矩阵相关的计算与存储问题。为了解决这两方面的问题,不同的求解方法便被提出来了。对主要的变分求解方法,包括增量法、运用空间滤波算子的变分分析法、预处理化法、物理空间统计分析法、谱统计插值法等进行了系统的回顾,对它们的优缺点进行了分析与讨论,并指出了变分资料同化中各种求解方法的适用条件。 展开更多

关键词 数据同化 背景场误差协方差矩阵 变分法

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雷达径向风观测在华北区域数值预报系统中的实时三维变分同化应用试验 被引量：36

9

作者 陈敏 陈明轩 范水勇 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期658-677,共20页

以实现业务应用为目标开展了区域多部雷达径向风观测资料的三维变分直接同化应用研究。重点对背景场误差协方差的方差和尺度因子进行调整,形成能够与其他常规观测资料协同同化的雷达径向风同化方案,并建立了京津冀6部多普勒雷达观测资... 以实现业务应用为目标开展了区域多部雷达径向风观测资料的三维变分直接同化应用研究。重点对背景场误差协方差的方差和尺度因子进行调整,形成能够与其他常规观测资料协同同化的雷达径向风同化方案,并建立了京津冀6部多普勒雷达观测资料的实时预处理系统。基于上述工作开展2011年汛期京津冀多普勒雷达径向风观测资料在华北区域快速更新循环同化和预报系统中的实时同化和对比试验,并对应用效果进行了初步评估。实时同化试验期间京津冀地区6部雷达经过质量控制后的径向风数据质量和同化情况的分析结果表明,同化系统有效地吸收了雷达径向风的观测信息并形成合理的分析增量,其中,S波段雷达观测的径向风数据数量、质量和稳定度均明显优于C波段雷达;整体来看,雷达径向风同化对地面和高空要素预报性能的影响基本为中性,且主要影响时段集中在最初的6 h。但降水预报评分结果表明,雷达径向风同化从降水强度、落区和范围等方面均明显提升了系统对对流尺度降水的短时预报性能。同时也应该看到,受制于目前3 h一次的同化更新频率,雷达资料同化的效果往往到对流临近时次才能体现。 展开更多

关键词 雷达径向风 资料同化 三维变分 背景场误差协方差

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三维变分同化中多变量平衡约束设计 被引量：8

10

作者 赵延来 黄思训 +1 位作者 张维峰 杜华栋 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2013年第3期277-285,共9页

在现代变分同化系统中,背景场误差协方差起着决定观测信息的空间分布特征、匹配不同变量间的关系和保证分析增量平衡的作用。基于NMC(National Meteorology Centre)方法,设计了一个新的多变量平衡约束算子:在物理变换中,构建相对湿度和... 在现代变分同化系统中,背景场误差协方差起着决定观测信息的空间分布特征、匹配不同变量间的关系和保证分析增量平衡的作用。基于NMC(National Meteorology Centre)方法,设计了一个新的多变量平衡约束算子:在物理变换中,构建相对湿度和其余控制变量间的平衡约束算子;同时分别采用经验正交函数方法和递归滤波器来模拟控制变量(ψ,χu,Tu,hru,psu)T的垂直误差协方差和水平误差协方差。利用2009年6月2日到8月9日间WRF模式的预报差值场,对新的背景场误差协方差进行模拟分析。单点观测试验表明,新的背景场误差协方差实现了观测信息在干湿变量之间的传递,而且相对湿度具有与温度相似的增量场分布。 展开更多

关键词 背景场误差协方差 NMC方法 多变量平衡约束

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OIQC技术在雷达反演VAD廓线资料退模糊中的应用研究 被引量：14

11

作者 朱立娟 龚建东 《高原气象》 CSCD 北大核心 2006年第5期862-869,共8页

多普勒天气雷达在强风速天气条件下经常出现的速度模糊误差,严重限制了风场信息的广泛应用,如反演VAD廓线等。本文将最优插值客观分析质量控制技术(OIQC),应用于雷达反演VAD廓线资料中速度模糊的质量控制。对用于反演VAD风廓线的那些格... 多普勒天气雷达在强风速天气条件下经常出现的速度模糊误差,严重限制了风场信息的广泛应用,如反演VAD廓线等。本文将最优插值客观分析质量控制技术(OIQC),应用于雷达反演VAD廓线资料中速度模糊的质量控制。对用于反演VAD风廓线的那些格点圈层上的资料,以简化的多变量统计插值技术(Cressman插值),为被检查的资料提供一个对比分析的参考值,从而确定折叠次数,修正模糊速度。根据多普勒雷达径向速度资料的特点,水平方向采用非各向同性的单变量背景场误差协方差函数,垂直方向协方差函数取为高斯型。修正模糊速度后运用VAD技术得到水平风的垂直廓线。对强龙卷天气过程的数值试验结果表明,OIQC技术应用于雷达资料质量控制,无需引入外界风场,有能力修正模糊速度。结合VAD方法,可以从存在严重折叠的雷达资料中反演出较为准确的风廓线。 展开更多

关键词 背景场误差协方差 速度模糊 OIQC技术 质量控制 VAD风廓线

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一种区域格点三维变分分析方案——基本框架和初步试验 被引量：7

12

作者 朱宗申 胡铭 《大气科学》 CSCD 北大核心 2002年第5期684-694,共11页

给出一种区域格点三维变分分析方案的基本框架。对方案中阶数巨大的背景场误差协方差矩阵加以处理,选用位势高度和风场非平衡部分的纬向风速、经向风速作为分析变量,减少矩阵阶数;进行变量变换,避免矩阵求逆;然后,采用与最优插值方案相... 给出一种区域格点三维变分分析方案的基本框架。对方案中阶数巨大的背景场误差协方差矩阵加以处理,选用位势高度和风场非平衡部分的纬向风速、经向风速作为分析变量,减少矩阵阶数;进行变量变换,避免矩阵求逆;然后,采用与最优插值方案相似的水平和垂直方向可分离的理想相关模型,在水平方向上用递归滤波器代替矩阵运算,从而实现变分分析方案的求解。用单个和理想分布观测资料对方案测试,并进行实例试验,得到很好的计算结果。 展开更多

关键词 三维变分分析 背景场误差协方差矩阵 变量变换 递归滤波 气象资料 数值天气预报 风速 风向

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理解大气资料同化的内在逻辑和若干共性特征 被引量：6

13

作者 朱国富 《气象》 CSCD 北大核心 2015年第8期997-1006,共10页

大气资料同化已发展成为基于估计理论的一门学科。本文试图梳理资料同化学科内容从"性质上分析同化问题是什么"到"过程上资料同化如何实施"再到"结果上分析场有着什么内在要求"这一内在逻辑,相应地综合阐... 大气资料同化已发展成为基于估计理论的一门学科。本文试图梳理资料同化学科内容从"性质上分析同化问题是什么"到"过程上资料同化如何实施"再到"结果上分析场有着什么内在要求"这一内在逻辑,相应地综合阐述"逆问题求解和所需要的先验信息"、"观测信息的输入及其权重与传播平滑"和"同化结果的准确性和协调性"等资料同化作为一门学科的这些基本方面;以期这一逐步递进的逻辑及其基本方面有益于对资料同化在条理脉络上的一个整体理解。此外,着重于具体同化方法中的一些等价性和共性特征,本文梳理和归纳了"变分方法分别与最优插值方法之间和与扩展卡尔曼滤波方法之间的等价性"、"同化方法中数学的主要作用",以及"同化方法中要应用综合学科知识"和"业务同化系统实施中要做好系统工程"等内容;以期这些内容增加对资料同化方法及同化系统研发的理解和思考。 展开更多

关键词 大气资料同化 逆问题 传播平滑 背景场误差协方差 观测算子

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