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多普勒雷达资料4DVAR同化反演的模拟研究 被引量:45
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作者 许小永 郑国光 刘黎平 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第4期410-422,共13页
利用Sun等建立的同化模式和四维变分同化方法对多普勒雷达资料反演大气风场、热力场和微物理场进行了模拟试验研究。反演的基本思路是 :将 4DVAR同化方法应用到三维云模式 ,定义价值函数表征雷达资料与模式预报结果之间的差别 ,通过极... 利用Sun等建立的同化模式和四维变分同化方法对多普勒雷达资料反演大气风场、热力场和微物理场进行了模拟试验研究。反演的基本思路是 :将 4DVAR同化方法应用到三维云模式 ,定义价值函数表征雷达资料与模式预报结果之间的差别 ,通过极小化价值函数得到反演场 ,价值函数相对模式控制变量的梯度由伴随模式求取。试验结果表明 ,4DVAR同化技术能够从单 (双 )多普勒雷达资料反演大气三维风场、热力场和微物理场。各个变量反演精度高低与同化过程中变量受约束的大小程度呈正相关。速度场和雨水场反演精度较高 ,温度场、云水和水汽的反演精度次之 ,温度场的准确反演需要较长的同化时间。价值函数中加入背景场 ,哪怕是单点探空给出的平均场信息也有利于提高反演精度。在采用单部多普勒雷达资料进行反演时 ,速度场的反演误差较大。反演区相对雷达站的位置变化对速度场反演结果有一定的影响 ,而对其他变量的反演影响很小。两个时次的雷达观测资料基本足够提供反演所需的时间演变信息 ,同化更多时次的雷达资料 ,反演效果改进很小。雷达观测资料的缺值会显著降低同化效果 ,甚至可能导致同化失败 ,引入背景场可以改善这一状况。 4DVAR同化技术对于雷达观测资料误差不太敏感。利用双多普勒雷达合成风场提供水平风场边? 展开更多
关键词 多普勒雷达 4dvar同化 反演 价值函数
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基于NLS-4DVar方法的雷达资料同化及其在暴雨预报中的应用 被引量:3
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作者 张斌 田向军 +1 位作者 张立凤 孙建华 《大气科学》 CSCD 北大核心 2017年第2期321-332,共12页
在基于本征正交分解POD(Proper Orthogonal Decomposition)的集合四维变分同化方法(POD4DEn Var)建立的雷达资料同化系统(PRAS)的基础上,本文利用非线性最小二乘法的集合四维变分同化方法(NLS-4DVar)对PRAS进行改进,解决PRAS在高度非线... 在基于本征正交分解POD(Proper Orthogonal Decomposition)的集合四维变分同化方法(POD4DEn Var)建立的雷达资料同化系统(PRAS)的基础上,本文利用非线性最小二乘法的集合四维变分同化方法(NLS-4DVar)对PRAS进行改进,解决PRAS在高度非线性情况下的适应性问题,建立了新的雷达资料同化系统(NRAS)。通过观测系统模拟试验OSSEs(Observing System Simulation Experiments)和两次实际暴雨同化试验(2010年7月8日,中国中部地区;2014年3月30日,中国华南地区)对NRAS进行检验,并与PRAS的同化结果进行了对比。结果表明:无论是OSSEs还是实际雷达资料的同化,相对于PRAS,NRAS能够进一步提高同化效果。通过增加迭代的次数,NRAS能够有效地调整初始场的风场和水汽场,进一步提高了降水强度和位置的预报精度。但随着迭代次数的增加,对初始场的调整变小,进而对降水预报效果的改进也减小。试验结果表明NRAS能够有效解决PRAS在高度非线性情况下的应用问题,通过有限次数的迭代,即可得到近似收敛的结果。因而NRAS有望在数值预报中更有效地同化雷达资料,提高中小尺度天气的预报水平。 展开更多
关键词 雷达资料同化 PRAS资料同化系统 NLS-4dvar同化方法 NRAS资料同化系统 降水
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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
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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。 展开更多
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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CMA-GFS全球预报系统中的台风初始化 被引量:7
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作者 瞿安祥 麻素红 +1 位作者 张进 刘艳 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期269-279,共11页
在CMA-GFS(CMA Global Forecast System)全球四维变分资料同化系统(4DVar)基础上,参照BDA(Bogus Data Assimilation)方法,建立了一个全球模式台风初始化方案。该方案通过4DVar同化窗口吸收诊断处理后的1 h间隔台风中心定位及中心气压信... 在CMA-GFS(CMA Global Forecast System)全球四维变分资料同化系统(4DVar)基础上,参照BDA(Bogus Data Assimilation)方法,建立了一个全球模式台风初始化方案。该方案通过4DVar同化窗口吸收诊断处理后的1 h间隔台风中心定位及中心气压信息,利用模式动力物理约束产生台风环流。同时,考虑到模式对台风的分辨能力,中心气压数据误差采用动态调整技术。2016年西北太平洋22个台风的试验表明,新方案不仅可以促进初始场中台风环流的生成,还可以显著减小CMAGFS全球预报系统的台风路径和强度预报平均误差,具有业务应用前景。 展开更多
关键词 CMA-GFS全球预报系统 台风初始化 四维变分资料同化系统(4dvar) 台风预报
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