WRF模式三维变分中背景误差协方差估计 被引量：22

1

作者 王曼 李华宏 +3 位作者 段旭 刘建宇 符睿 陈新梅 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2011年第4期482-492,共11页

利用WRF模式2008年5—10月逐日预报结果,通过NMC方法进行背景误差协方差(B)估计。给出其结构特征,进行单点数值试验,并利用不同B进行1个月的数值模拟试验,检验模拟降水效果。结果表明:通过单点数值试验验证估算的B结构合理。不同的B,资... 利用WRF模式2008年5—10月逐日预报结果,通过NMC方法进行背景误差协方差(B)估计。给出其结构特征,进行单点数值试验,并利用不同B进行1个月的数值模拟试验,检验模拟降水效果。结果表明:通过单点数值试验验证估算的B结构合理。不同的B,资料同化过程差别较大,应用重新统计的B,同化效率更高,目标函数收敛更稳定。模式模拟降水预报效果有所差别,经过重新统计与预报模式区域和各种参数相匹配的B,模式预报效果在中雨及以上量级优于通用的B预报效果。因此,在应用三维变分同化系统时,重新统计B非常必要。 展开更多

关键词 背景误差协方差 单点试验 数值试验 WRF模式

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GRAPES全球变分同化背景误差协方差的改进及对分析预报的影响：背景误差协方差三维结构的估计 被引量：25

2

作者 王金成 庄照荣 +1 位作者 韩威 陆慧娟 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期62-78,共17页

回顾并详细推导了估计背景误差协方差统计特征的美国国家气象中心(NMC)方法及其优缺点;采用NMC方法系统地估计了新版GRAPES全球模式的背景误差方差、水平相关特征尺度和垂直相关结构,并与欧洲中心模式结果进行了比较。结果表明,目前GRA... 回顾并详细推导了估计背景误差协方差统计特征的美国国家气象中心(NMC)方法及其优缺点;采用NMC方法系统地估计了新版GRAPES全球模式的背景误差方差、水平相关特征尺度和垂直相关结构,并与欧洲中心模式结果进行了比较。结果表明,目前GRAPES全球模式的背景误差方差比以前有了显著减小;水平相关特征尺度随纬度和高度有显著变化;背景误差垂直相关结构与欧洲中心模式结果非常一致,相比经验公式结果更具物理意义,同时,单点试验结果也表明,更新后的垂直相关结构产生的分析增量更合理。通过与欧洲中心模式背景误差协方差三维结构的对比,分析了不同模式间背景误差协方差的异同及GRAPES全球同化分析系统目前存在的一些不足及可能原因。为新版GRAPES全球模式的三维变分系统提供了基本的背景误差协方差的三维结构。 展开更多

关键词 背景误差协方差 美国国家气象中心(NMC)方法 GRAPES全球模式 变分同化

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时间依赖的多尺度背景误差协方差研究I——构造 被引量：5

3

作者 张旭斌 薛纪善 +2 位作者 万齐林 丁伟钰 李昊睿 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2014年第4期675-686,共12页

为了在资料同化中更好地应用多尺度同化技术,针对当前GRAPES多尺度3D-Var同化系统中背景误差协方差设置的缺陷,探讨如何引入随时间演变的多尺度信息的方法。首先,基于GRAPES模式集合预报系统,利用集合预报结果构造了新型的背景误差协方... 为了在资料同化中更好地应用多尺度同化技术,针对当前GRAPES多尺度3D-Var同化系统中背景误差协方差设置的缺陷,探讨如何引入随时间演变的多尺度信息的方法。首先,基于GRAPES模式集合预报系统,利用集合预报结果构造了新型的背景误差协方差,该新型协方差的标准差与相关关系能随着时间演变而发生变化,即具有时间依赖特征。然后,为了考虑背景误差协方差的多尺度特征,针对不同尺度背景场将该新型协方差进行不同程度的缩放,即假设不同尺度的背景误差单变量标准差与相关尺度以及多变量相关系数与原估计值之间存在一定的比例关系。通过选择不同的缩放系数,其对应的分析增量将产生不同量值与尺度的变化,即可对相应的分析场进行多尺度调整。 展开更多

关键词 三维变分 背景误差协方差 时间依赖 多尺度

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我国东部海区不同气候背景条件下背景误差协方差的性质对比分析 被引量：6

4

作者 刘磊 费建芳 +1 位作者 程小平 黄小刚 《海洋预报》 2009年第4期25-36,共12页

本文利用MM5V3.6模式分别得到我国东部海区3月和9月的模拟资料(分别代表了台风发生频率极小月和极大月),来进行背景误差协方差的统计。利用NMC方法得到了背景误差协方差矩阵的回归系数、特征向量以及特征尺度,并对其进行了对比分析,结... 本文利用MM5V3.6模式分别得到我国东部海区3月和9月的模拟资料(分别代表了台风发生频率极小月和极大月),来进行背景误差协方差的统计。利用NMC方法得到了背景误差协方差矩阵的回归系数、特征向量以及特征尺度,并对其进行了对比分析,结果表明:背景误差协方差与平均气候背景密切相关,且受模式分辨率大小的影响;回归系数受台风发生频率的气候背景影响明显,分别在模式区域北侧和南侧出现的负值中心代表两季的不稳定能量;垂直背景误差协方差的第一特征向量代表了其最主要特征,台风发生频率的最大影响表现在风场的预报;水平特征尺度随不同变量,不同模式分辨率和台风发生频率有较大不同,相对湿度和非平衡温度表现出较强的局地性。 展开更多

关键词 背景误差协方差 NMC方法 回归系数 特征向量 特征尺度

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时间依赖的多尺度背景误差协方差研究Ⅱ——应用 被引量：3

5

作者 张旭斌 薛纪善 +2 位作者 万齐林 丁伟钰 李昊睿 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2015年第2期161-172,共12页

将基于GRAPES 3D-Var资料同化系统构造的具有时间依赖特征与多尺度特征的新型背景误差协方差应用于一个实际天气个例研究,确定出新型协方差中不同尺度标准差合适的缩放系数。该新型协方差在不同尺度的分析过程中产生了量值与尺度差异很... 将基于GRAPES 3D-Var资料同化系统构造的具有时间依赖特征与多尺度特征的新型背景误差协方差应用于一个实际天气个例研究,确定出新型协方差中不同尺度标准差合适的缩放系数。该新型协方差在不同尺度的分析过程中产生了量值与尺度差异很大的分析增量,既很好地保留大尺度背景场信息,也使局地观测信息被很好保留并有效提取。不同尺度分析增量的共同作用最终导致分析场调整出更符合天气系统尺度特征的增量,从而更大程度地调整不同尺度天气系统的结构,并进一步改进相应的降水预报。另外,将观测资料按空间分布密度高低分别同化,能更有效提取不同分布密度观测资料中不同尺度的信息。为期一个月的批量试验表明,该协方差对应的前12 h降水预报效果改善明显,尤其是强降水预报。 展开更多

关键词 三维变分 背景误差协方差 时间依赖 多尺度

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流依赖球面小波背景误差协方差模型设计和初步试验 被引量：3

6

作者 张卫民 刘柏年 +3 位作者 曹小群 赵延来 朱孟斌 赵文静 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期410-420,共11页

基于资料同化集合设计了流依赖球面小波背景场误差协方差模型中背景误差方差和局地垂直相关协方差的统计计算方法。为了提高背景误差方差的估计精度,采用客观滤波技术来减少因集合样本个数不足而引入的随机取样噪声。最后在银河四维变... 基于资料同化集合设计了流依赖球面小波背景场误差协方差模型中背景误差方差和局地垂直相关协方差的统计计算方法。为了提高背景误差方差的估计精度,采用客观滤波技术来减少因集合样本个数不足而引入的随机取样噪声。最后在银河四维变分同化业务系统(YH4DVar)上设计了集合资料同化的试验系统,以流依赖背景误差方差为重点验证了模型的有效性。结果表明:基于流依赖球面小波背景误差协方差模型能够有效估计出随天气状态变化的背景场误差方差,对台风等剧烈变化的天气过程的同化分析和预报都具有一定的正效果。 展开更多

关键词 数值天气预报 变分资料同化 背景误差协方差模型 球面小波

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变分同化框架通过背景误差协方差构建动力平衡约束的研究进展 被引量：4

7

作者 王瑞春 龚建东 《气象》 CSCD 北大核心 2016年第9期1033-1044,共12页

通过背景误差协方差构建动力平衡约束是变分同化框架设计的重要环节。它不仅帮助实现变量间的协同分析,提高观测使用效率,还能改善变分极小化问题的性状。本文在系统梳理通过背景误差协方差引入动力平衡约束的方式、流程的基础上,对求... 通过背景误差协方差构建动力平衡约束是变分同化框架设计的重要环节。它不仅帮助实现变量间的协同分析,提高观测使用效率,还能改善变分极小化问题的性状。本文在系统梳理通过背景误差协方差引入动力平衡约束的方式、流程的基础上,对求解目前全球和有限区域变分同化系统普遍采用的准地转平衡和静力平衡约束的共性问题和存在的不足作了归纳总结。分析了求解准地转平衡约束的三类方案:动力平衡方程方案、统计方案和动力-统计相结合方案的优缺点。对照比较了不同垂直离散方案下求解静力平衡约束时遇到的欠定问题的表现以及解决途径。最后,展望了基于背景误差协方差构建动力平衡约束在赤道等特殊地区、高分辨率同化系统、以及集合-变分混合同化系统发展中面临的挑战和机遇。 展开更多

关键词 数值天气预报 变分同化 背景误差协方差 动力平衡约束

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球面小波背景误差协方差模型的设计 被引量：1

8

作者 曹小群 张卫民 +1 位作者 宋君强 刘柏年 《计算机工程与应用》 CSCD 2014年第17期49-55,共7页

在全球变分资料同化系统中设计和实现了基于球面小波的背景误差协方差(B)模型。引入框架理论构造了球面小波函数;设计了一个基于球面小波变换的全球B矩阵模型;分别通过理想数值试验和在全球变分同化系统中的实现对新模型的有效性进行了... 在全球变分资料同化系统中设计和实现了基于球面小波的背景误差协方差(B)模型。引入框架理论构造了球面小波函数;设计了一个基于球面小波变换的全球B矩阵模型;分别通过理想数值试验和在全球变分同化系统中的实现对新模型的有效性进行了验证。试验结果表明:基于球面小波的背景误差协方差模拟方法能够克服由有限背景误差样本引入的取样噪声,能估计出真实的背景误差相关函数;在全球变分同化系统中新模型能够模拟出在物理和动力上正确和有效的背景误差结构函数。 展开更多

关键词 背景误差协方差 球面小波 变分资料同化 数值天气预报

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GSI同化系统的背景误差协方差特征及对预报的影响 被引量：3

9

作者 姚乐宝 王东海 +2 位作者 张宇 沈丹 李国平 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2020年第3期416-432,共17页

在同化系统中使用更合理的背景误差协方差对于得到更良好的同化效果至关重要。首先采用NMC方法针对中国区域构建更适合WRF-ARW区域预报系统的B矩阵,并对比分析了其与GSI同化系统预设的NCEP预报系统的B矩阵在分析变量间的平衡关系、分析... 在同化系统中使用更合理的背景误差协方差对于得到更良好的同化效果至关重要。首先采用NMC方法针对中国区域构建更适合WRF-ARW区域预报系统的B矩阵,并对比分析了其与GSI同化系统预设的NCEP预报系统的B矩阵在分析变量间的平衡关系、分析控制变量的标准差、水平和垂直特征尺度等方面的特征差异。参照这些特征差异设计单点观测试验、背景误差协方差调优参数敏感性试验,确定针对中国区域构建B矩阵的最佳调优参数。并讨论其对一次季风低压强降水天气过程的循环同化和预报效果的影响。结果表明,采用最佳调优参数使用针对中国区域构建B矩阵的试验(Sen6)对V风分量场和相对湿度场的预报性能改进显著,同时也引出了GSI同化系统背景误差协方差参数调优(尤其是水平特征尺度参数调整)的两难问题。在此基础上,采用Hybrid同化方法使用针对中国区域构建B矩阵的循环同化试验(Hyb3)可以进一步改善预报效果,并在一定程度上修正个例模拟雨带的位置。 展开更多

关键词 资料同化 GSI同化系统 背景误差协方差

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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

10

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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全球资料同化中误差协方差三维结构的准确估计与应用Ⅱ:背景误差协方差调整与数值试验分析 被引量：23

11

作者 龚建东 赵刚 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第6期684-698,共15页

利用NMC方法针对背景误差协方差的方差、三维相关与特征长度来揭示T213L31模式的误差主要特点,并与传统更新矢量方法的计算结果进行了对比与调整。结果表明NMC方法结果与更新矢量方法结果在大体特征上基本吻合,但细节上的差异不可忽视,... 利用NMC方法针对背景误差协方差的方差、三维相关与特征长度来揭示T213L31模式的误差主要特点,并与传统更新矢量方法的计算结果进行了对比与调整。结果表明NMC方法结果与更新矢量方法结果在大体特征上基本吻合,但细节上的差异不可忽视,特别是对背景误差方差与特征长度的估计存在显著的差异,其主要原因是NMC方法倾向于高估天气尺度波的背景误差,而低估次天气尺度到中尺度波的背景误差。通过对背景误差方差、特征长度的调整,显著改善了背景误差功率谱的分布特点,使得NMC方法结果与更新矢量方法结果更为吻合。通过三维变分同化与最优插值中观测与背景误差相对重要性的比较,发现两者结果基本一致,但三维变分同化在850 hPa以下的温度场和300 hPa以上的风场统计结果都表现出背景误差相对于观测误差偏小的特点。背景误差相对于观测误差偏小有助于保证分析场中质量场与风场平衡,消除了大气底层和高层质量场与风场不匹配现象。在数值试验中,针对不同的背景误差均方差与特征长度的特点,分析了分析增量和预报效果的差异,结果表明,准确的背景误差估计与优化工作改善了预报效果,使得北半球三维变分同化的120 h预报效果整体好于现有最优插值。 展开更多

关键词 背景误差协方差 NMC方法估计 更新矢量结果调整 数值对比试验

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青藏高原和华东地区背景误差协方差特征的对比研究

12

作者 陈耀登 赵幸 +3 位作者 闵锦忠 范水勇 王元兵 曾腊梅 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2015年第5期650-657,共8页

背景误差协方差特征与区域的天气气候特征密切相关。为了更好地理解中国华东地区和青藏高原地区的背景误差协方差特征,利用夏季一个月的模拟结果,以最新的多元变量相关的背景误差协方差模型为基础,通过提取隐含背景误差协方差中的变量... 背景误差协方差特征与区域的天气气候特征密切相关。为了更好地理解中国华东地区和青藏高原地区的背景误差协方差特征,利用夏季一个月的模拟结果,以最新的多元变量相关的背景误差协方差模型为基础,通过提取隐含背景误差协方差中的变量相关系数、特征值、特征向量和特征长度尺度等,对这两个区域的背景误差协方差特征进行比较和分析。结果表明,相对于华东地区,青藏高原地区变量之间的影响关系更显著,背景场的误差更大,大气特征具有更强的局地性。对青藏高原地区资料同化而言,观测资料占有更大的权重和更小的影响范围,对青藏高原地区观测资料提出了更高的要求。 展开更多

关键词 资料同化 背景误差协方差 青藏高原 华东地区

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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

13

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

14

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

15

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

16

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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全球资料同化中误差协方差三维结构的准确估计与应用Ⅰ:观测空间协方差的准确估计 被引量：18

17

作者 龚建东 魏丽 +2 位作者 陶士伟 赵刚 万丰 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第6期669-683,共15页

观测误差与背景误差协方差在四维资料同化和业务资料分析系统中起到决定性作用,它决定着观测信息与背景初猜值信息的相对重要性以及这些信息在空间及不同变量间的扩展方式。由于实际大气的真值并不知道,需要发展不同的技巧来估计观测误... 观测误差与背景误差协方差在四维资料同化和业务资料分析系统中起到决定性作用,它决定着观测信息与背景初猜值信息的相对重要性以及这些信息在空间及不同变量间的扩展方式。由于实际大气的真值并不知道,需要发展不同的技巧来估计观测误差与背景误差协方差,其中在观测空间利用观测与背景初猜值之差来分离观测误差与背景误差协方差的方法估计出的结果较为准确,其估计出的观测误差可直接用于资料分析系统中,背景误差可作为标尺来度量其他方法估计结果的可靠性。文章采用国家气象中心T213L31全球中期分析预报系统的6 h预报作为背景初猜场及同时段冬夏两个季节的北半球探空,利用贝塞尔函数拟合方法来分离观测误差与背景误差协方差,并比较了东亚区、北美区、欧洲区3个探空资料均匀密集区的区域与季节变化结果。结果表明,观测空间拟合方法所要求的水平均质、各向同性在欧洲区和北美区成立程度较好,在东亚区略差,使用时需要斟酌。此外均方差区域间差别较大,在冬季明显大于夏季,温度场偏大0.2 K,风场偏大0.9 m/s。温度场在400 hPa以下与150 hPa以上,背景误差略小于观测误差,而在200—300 hPa,背景误差略大一些。风场的特点与温度场比较一致。温度与风场背景误差主要集中在前40波,并在20波左右达到最大,水平相关季节区域差别不大,而温度垂直相关比风场窄,两者相关范围比较大的波数主要集中在前20波。此外利用贝塞尔函数拟合方法获得结果的分析表明,在质量场中不同区域季节间温度误差的稳定性要明显好于高度场,涡度散度的稳定性要明显好于流函数和势函数,特别是对于特征长度更为明显。这表明利用贝塞尔函数拟合方法获得的结果对校准在全球资料同化中采用温度、涡度散度作为资料同化的分析变量具有一定的优势。 展开更多

关键词 观测误差 背景误差协方差 贝塞尔函数拟合 观测空间分离 准确估计

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资料同化中背景场位势高度误差统计分析的研究 被引量：19

18

作者 庄照荣 薛纪善 +1 位作者 庄世宇 朱国富 《大气科学》 CSCD 北大核心 2006年第3期533-544,共12页

在客观分析中,背景误差协方差对观测信息的传播和平滑、反映不同变量之间的关系有着非常重要的作用。构造合理的背景误差协方差矩阵对于同化系统至关重要,甚至会决定同化分析的好坏。作者主要利用观测余差方法,用T213预报资料和无线电... 在客观分析中,背景误差协方差对观测信息的传播和平滑、反映不同变量之间的关系有着非常重要的作用。构造合理的背景误差协方差矩阵对于同化系统至关重要,甚至会决定同化分析的好坏。作者主要利用观测余差方法,用T213预报资料和无线电探空观测资料统计我国区域的背景位势高度误差协方差样本,分析背景误差协方差场的结构特征和拟合误差场的空间分布。 展开更多

关键词 背景误差协方差 特征尺度 变分同化 观测余差方法

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在四维变分同化中运用集合协方差的试验 被引量：7

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作者 张蕾 邱崇践 张述文 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第6期1124-1132,共9页

利用浅水方程模式和模式模拟资料进行数值试验比较3种不同的背景误差协方差矩阵处理方法对四维变分(4DVAR)资料同化的影响。3种背景误差协方差矩阵分别是:(1)对单一变量将背景误差协方差矩阵简化为对角矩阵;(2)将背景误差协方差矩阵的... 利用浅水方程模式和模式模拟资料进行数值试验比较3种不同的背景误差协方差矩阵处理方法对四维变分(4DVAR)资料同化的影响。3种背景误差协方差矩阵分别是:(1)对单一变量将背景误差协方差矩阵简化为对角矩阵;(2)将背景误差协方差矩阵的作用简化为高斯过滤;(3)由预报集合生成背景误差协方差矩阵并利用奇异值分解技术解决矩阵的求逆。通过一系列数值试验,比较不同观测密度、不同观测误差下3种背景误差协方差处理方法对4DVAR同化效果的影响。结果表明,背景误差协方差的结构对4DVAR有重大影响。当观测资料的空间密度不够高时,采用对角矩阵得不到满意的结果。高斯过滤方案可以明显改善同化结果,但是对背景误差特征长度比较敏感。第3种方法采用的背景误差协方差矩阵是流型依赖的,而且并不以显式的方式出现在目标函数中,避免了对它求逆的复杂运算。由于做了降维处理,在观测点的密度较低和观测误差较大时可望取得较好的同化结果,同化效果较为稳定。 展开更多

关键词 资料同化 背景误差协方差 四维变分 预报集合 奇异值分解

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基于FY-4A卫星探测区域模式背景误差和观测误差估计的长波红外通道选择研究 被引量：14

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作者 尹若莹 韩威 +1 位作者 高志球 王根 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期898-910,共13页

中国新一代静止气象卫星风云四号A星(FY-4A)上搭载的干涉式大气垂直探测仪GIIRS (Geostationary Interferometric Infrared Sounder)是世界上首台在静止轨道运行的高光谱红外探测仪器,拥有1650个通道,其中长波通道689个,中波通道961个... 中国新一代静止气象卫星风云四号A星(FY-4A)上搭载的干涉式大气垂直探测仪GIIRS (Geostationary Interferometric Infrared Sounder)是世界上首台在静止轨道运行的高光谱红外探测仪器,拥有1650个通道,其中长波通道689个,中波通道961个。由于计算机存储能力、数据传输和变分同化时效性等限制,目前很难在业务环境中同化全部通道,并且多通道卫星信息往往存在一定的空间相关和光谱相似,故在实际应用中必须降低高光谱资料的通道维数,去除数据冗余和观测相关性,挑选出对特定目标起主要作用的通道子集,进而利用有限的通道来最大限度地提供观测信息。考虑GRAPES (Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System)数值预报系统估计得到的FY-4A观测范围内的背景误差协方差矩阵,并且在GIIRS观测误差后验重估计的基础上,结合通道权重函数峰值和信息熵分步迭代法对其长波通道进行了通道选择研究和试验。结果表明,在给定选择通道个数时,权重函数法和信息熵方法得到的通道组合进行温度和湿度误差分析时误差整体比单一方法小,在给定通道个数(40个)少于单一方案(50个)时,误差分析结果相当。GIIRS最优通道选择的研究为该资料的同化应用建立了基础。 展开更多

关键词 风云四号A星(FY-4A) 干涉式大气垂直探测仪 通道选择 背景误差协方差 观测误差

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