重构GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球、区域一体化变分同化系统中的极小化控制变量,提升中、小尺度同化分析能力,为中国气象局业务区域数值预报系统CMA-MESO提供千米尺度适用的同化方案。新方案用纬向...重构GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球、区域一体化变分同化系统中的极小化控制变量,提升中、小尺度同化分析能力,为中国气象局业务区域数值预报系统CMA-MESO提供千米尺度适用的同化方案。新方案用纬向风速(u)和经向风速(v)替代原有流函数和势函数作为新的风场控制变量,采用温度和地面气压(T,ps)替代原有非平衡无量纲气压作为新的质量场控制变量,同时不再考虑准地转平衡约束,而是采用连续方程弱约束保证分析平衡。背景误差参数统计和数值试验结果表明,采用重构后的极小化控制变量,观测信息传播更加局地,分析结构更加合理,避免了原方案在中、小尺度应用时存在的虚假相关问题。连续方程弱约束的引入,限制了同化分析中辐合、辐散的不合理增长,帮助新方案在分析更加局地的同时保证分析平衡。为期1个月的连续同化循环和预报试验结果表明,新方案可以减小风场和质量场分析误差,CMAMESO系统地面降水和10 m风场的预报评分显著提升。展开更多
研究I的结果表明:线性平衡方程(LBE)在热带地区不适用,而进一步改进方向是削弱LBE在该区域的约束程度。本文以此为基础,在GRAPES(global/regional assimilation and prediction system)全球变分同化系统中引入动力与统计混合平衡约束方...研究I的结果表明:线性平衡方程(LBE)在热带地区不适用,而进一步改进方向是削弱LBE在该区域的约束程度。本文以此为基础,在GRAPES(global/regional assimilation and prediction system)全球变分同化系统中引入动力与统计混合平衡约束方案。新方案在逐层求解LBE的基础上增加垂直方向的线性回归,回归系数随纬度和高度变化。针对背景误差协方差的分析表明,新方案可以更好的保证独立分析变量间预报误差不相关的基本要求,并大幅度减小热带地区平衡气压预报误差方差的量值和占总方差的比例。单点试验结果表明,与LBE方案相比,新方案对中、高纬影响很小,但在热带地区成功实现了风、压场分析的解耦,两者分析更为独立。并且,虽未考虑具体波动模态,但新方案给出的风、压场协相关结构与研究I的理论分析结果相近。一个月的同化循环与预报结果表明,引入新方案后,赤道外地区的同化预报效果为中性偏正,而热带地区风场的同化预报效果显著提高,LBE方案中平流层低层的风场同化预报异常被基本消除。展开更多
本文基于GRAPES全球模式的短期预报误差样本，利用赤道波动正规模态研究了热带风、压场平衡特征，并根据这些特征分析了线性平衡方程（LBE）在该区域应用时存在的问题。结果表明：（1）赤道波动能成功解释热带短期预报误差样本的大部分...本文基于GRAPES全球模式的短期预报误差样本，利用赤道波动正规模态研究了热带风、压场平衡特征，并根据这些特征分析了线性平衡方程（LBE）在该区域应用时存在的问题。结果表明：（1）赤道波动能成功解释热带短期预报误差样本的大部分分量，对流层中层为60%～80%，对流层顶和平流层低层为80%以上。（2）在可解释的误差方差中，赤道罗斯贝波（ER）占比仅为30%～55%，其他赤道波动的作用不可忽视。（3）在ER模态基础上引入其他赤道波动会大幅削弱原有风、压场平衡约束，重力惯性波与Kelvin波的作用最为显著。此时，对流层中层位势高度h与u风、v风间的约束接近于零，而平流层低层h–u的平衡特征由Kelvin波主导。（4）LBE主要表达了 ER 模态下的风、压场平衡特征，与实际情形相比高估了热带风、压场的耦合程度，进一步的改进中需削弱这一虚假平衡，使得热带风、压场分析变得更加独立。展开更多
文摘研究I的结果表明:线性平衡方程(LBE)在热带地区不适用,而进一步改进方向是削弱LBE在该区域的约束程度。本文以此为基础,在GRAPES(global/regional assimilation and prediction system)全球变分同化系统中引入动力与统计混合平衡约束方案。新方案在逐层求解LBE的基础上增加垂直方向的线性回归,回归系数随纬度和高度变化。针对背景误差协方差的分析表明,新方案可以更好的保证独立分析变量间预报误差不相关的基本要求,并大幅度减小热带地区平衡气压预报误差方差的量值和占总方差的比例。单点试验结果表明,与LBE方案相比,新方案对中、高纬影响很小,但在热带地区成功实现了风、压场分析的解耦,两者分析更为独立。并且,虽未考虑具体波动模态,但新方案给出的风、压场协相关结构与研究I的理论分析结果相近。一个月的同化循环与预报结果表明,引入新方案后,赤道外地区的同化预报效果为中性偏正,而热带地区风场的同化预报效果显著提高,LBE方案中平流层低层的风场同化预报异常被基本消除。
文摘本文基于GRAPES全球模式的短期预报误差样本，利用赤道波动正规模态研究了热带风、压场平衡特征，并根据这些特征分析了线性平衡方程（LBE）在该区域应用时存在的问题。结果表明：（1）赤道波动能成功解释热带短期预报误差样本的大部分分量，对流层中层为60%～80%，对流层顶和平流层低层为80%以上。（2）在可解释的误差方差中，赤道罗斯贝波（ER）占比仅为30%～55%，其他赤道波动的作用不可忽视。（3）在ER模态基础上引入其他赤道波动会大幅削弱原有风、压场平衡约束，重力惯性波与Kelvin波的作用最为显著。此时，对流层中层位势高度h与u风、v风间的约束接近于零，而平流层低层h–u的平衡特征由Kelvin波主导。（4）LBE主要表达了 ER 模态下的风、压场平衡特征，与实际情形相比高估了热带风、压场的耦合程度，进一步的改进中需削弱这一虚假平衡，使得热带风、压场分析变得更加独立。
