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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:24
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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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GRAPES全球三维变分同化业务系统性能 被引量:28
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作者 王金成 陆慧娟 +8 位作者 韩威 刘艳 王瑞春 张华 黄静 刘永柱 郝民 李娟 田伟红 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2017年第1期11-24,共14页
近年来,GRAPES全球三维变分同化系统分析性能和稳定性有了长足进步。该文简要介绍了近两年GRAPES全球三维变分同化技术的发展与改进情况,包括同化框架技术、资料同化应用技术与系统稳定性等方面。分析诊断了两年的同化循环试验结果,以... 近年来,GRAPES全球三维变分同化系统分析性能和稳定性有了长足进步。该文简要介绍了近两年GRAPES全球三维变分同化技术的发展与改进情况,包括同化框架技术、资料同化应用技术与系统稳定性等方面。分析诊断了两年的同化循环试验结果,以探空资料作为参考,对ERA-Interim再分析场、NCEP FNL分析场和GRAPES全球三维变分分析场的统计特征进行了比较;以ERA-Interim再分析场作为参考,对NCEP FNL分析场、T639分析场和GRAPES全球三维变分分析场进行比较。结果表明:GRAPES分析场的质量明显优于T639分析场,性能上达到了业务化的要求,但相比NCEP FNL分析场还有一定差距,特别是对流层内湿度分析场的误差还比较大。 展开更多
关键词 资料同化 grapes 三维变分 全球数值天气预报
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GRAPES_GFS不同湿物理过程对云降水预报性能的诊断与评估 被引量:7
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作者 马占山 刘奇俊 秦琰琰 《高原气象》 CSCD 北大核心 2016年第4期989-1003,共15页
积云对流和云微物理是数值天气预报模式中最为重要的两类湿物理过程,它们共同影响云和降水的预报性能。通过采用CMAP降水资料和MODIS、MLS及Cloud Sat卫星云观测资料对全球中期数值预报模式GRAPES_GFS中这两类湿物理过程参数化方案的不... 积云对流和云微物理是数值天气预报模式中最为重要的两类湿物理过程,它们共同影响云和降水的预报性能。通过采用CMAP降水资料和MODIS、MLS及Cloud Sat卫星云观测资料对全球中期数值预报模式GRAPES_GFS中这两类湿物理过程参数化方案的不同组合所预报的降水场和云宏微观场进行诊断和评估,以揭示其对云和降水的预报性能。结果表明:(1)云微物理方案是中高纬度地区总降水预报差异的主因,三种云微物理方案预报的降水强度为SI>NCEP3>NCEP5。赤道及低纬地区降水差异主要是由积云对流方案引起的,KF_SI组合与CMAP降水最为一致。(2)SI方案和NCEP3方案在中纬度地区格点降水要显著多于混合相云NCEP5方案;与SAS方案和KF方案相比,BM方案使与其组合的云方案产生的格点降水明显偏少。(3)BM方案产生的对流降水要明显多于SAS方案和KF方案,中高纬地区SAS方案和KF方案预报的对流降水基本一致,在低纬地区SAS方案对流降水最少。(4)NCEP5方案预报的云顶温度与MODIS观测吻合较好,NCEP3方案和SI方案预报的云顶温度要较实况偏暖。三种对流方案预报的云顶温度冷暖关系为SAS<BM<KF,BM和KF预报的云顶温度与实况较为接近。(5)NCEP5方案预报的积分云水与卫星观测最为接近,两种简冰方案显著偏少,尤以SI方案偏少最多。SAS和KF方案能较好的预报积分云水的空间分布,但其量值较观测偏大,BM方案预报的积分云水在低纬度地区偏少明显。(6)所有方案组合预报的卷云较MLS卫星观测显著偏少,混合相云方案对卷云预报较简冰方案具有一定优势,BM方案偏少最显著。(7)全球平均而言,KF对流方案和NCEP5云微物理方案对GRAPES_GFS的云和降水预报性能较其他降水物理方案具有一定优势。 展开更多
关键词 grapes全球中期模式 卫星观测 云降水预报 诊断和评估
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GRAPES全球模式的误差评估和订正 被引量:12
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作者 佟铃 彭新东 +1 位作者 范广洲 常俊 《大气科学》 CSCD 北大核心 2017年第2期333-344,共12页
以欧洲中期预报中心的ERA-interim再分析资料为参考,对GRAPES全球模式的数值预报结果误差进行了评估,并运用基于历史资料的模式距平积分订正(ANO)方法,对数值预报结果进行了订正试验,检验了ANO方法对GRAPES模式全球中期天气预报的订正... 以欧洲中期预报中心的ERA-interim再分析资料为参考,对GRAPES全球模式的数值预报结果误差进行了评估,并运用基于历史资料的模式距平积分订正(ANO)方法,对数值预报结果进行了订正试验,检验了ANO方法对GRAPES模式全球中期天气预报的订正改进效果。对1984~2014逐年7月15~24日10天的预报结果订正前后对比分析表明,ANO方法对不同区域位势高度、温度等要素预报订正效果明显,31个个例200 h Pa位势高度一周预报距平相关系数平均提高0.05、均方根误差减少12 gpm。其它各层误差订正也显示类似结果,验证了ANO方法对提高GRAPES全球模式10天数值天气预报技巧的有效性,并与MOS(Model Output Statistics)方法对比,更便利、更经济,具有更好的可操作性以及业务预报应用能力。 展开更多
关键词 数值天气预报 grapes全球模式 误差订正 模式距平积分订正(ANO)方法 历史资料
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GRAPES全球集合预报系统模式扰动随机动能补偿方案初步探究 被引量:20
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作者 彭飞 李晓莉 +1 位作者 陈静 李红祺 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期180-195,共16页
为了体现次网格尺度能量升尺度转换过程中存在的不确定性,文中将随机动能补偿(Stochastic Kinetic Energy Backscatter,SKEB)方案应用于GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球集合预报系统(GRAPES-GEPS),以... 为了体现次网格尺度能量升尺度转换过程中存在的不确定性,文中将随机动能补偿(Stochastic Kinetic Energy Backscatter,SKEB)方案应用于GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球集合预报系统(GRAPES-GEPS),以更好地表征模式误差并且增大集合离散度。使用的SKEB方案基于具有一定时、空相关特征的随机型以及由数值扩散导致的局地动能耗散率来构造随机流函数强迫。并根据流函数与水平风速旋转分量的关系,将SKEB方案中的流函数强迫转化为适用于GRAPES全球模式的水平风速扰动。结果表明,SKEB方案的使用一方面能够提高GRAPES对大气动能谱的模拟能力;另一方面能够改善GRAPES-GEPS的集合离散度与集合平均误差的关系,增加了集合离散度,并在一定程度上减小了集合平均误差,尤其是在热带地区这种改进更为显著。而且该方案使得热带地区连续分级概率评分(CRPS评分)显著减小。就降水预报而言,从Brier评分与相对作用特征面积(AROC,Area under the Relative Operating Characteristics)的结果来看,SKEB方案有助于改善中国地区小雨[0.1 mm,10 mm)、中雨[10 mm,25 mm)与大雨[25 mm,50 mm)量级降水的概率预报技巧,而对暴雨[50 mm,∞)量级降水预报技巧影响很小(24 h降水量)。总体上,模式扰动随机动能补偿方案提高了GRAPES-GEPS的概率预报技巧。 展开更多
关键词 grapes全球集合预报 模式扰动 随机动能补偿方案 局地动能耗散率
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GFS物理过程包在GRAPES区域模式中的实施及改进:单柱试验 被引量:5
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作者 黄伟 张旭 +1 位作者 Jian-Wen Bao 陈葆德 《大气科学》 CSCD 北大核心 2018年第6期1219-1234,共16页
将NCEP的中期全球预报系统(GFS)整套物理过程包引入GRAPES区域模式,并利用美国ARM计划(AtmosphericRadiationMeasurementProgram)南部大平原外场1997年夏加强观测资料,对GRAPES模式中原有物理过程和GFS物理过程进行了单柱试验的测试和比... 将NCEP的中期全球预报系统(GFS)整套物理过程包引入GRAPES区域模式,并利用美国ARM计划(AtmosphericRadiationMeasurementProgram)南部大平原外场1997年夏加强观测资料,对GRAPES模式中原有物理过程和GFS物理过程进行了单柱试验的测试和比较,评估了两组物理过程的模拟性能。单柱试验结果表明GFS试验模拟的位温和水汽混合比演变更为准确;到地短波和长波辐射的误差更小;其模拟的地面向上潜热通量与观测更为接近,而原物理过程试验的感热偏大;GFS试验对2 m气温最高和最低值的模拟也比原有物理过程更接近观测。进一步分析降水的模拟发现,两组物理过程对强降水过程均有很好的预报能力,但对中等强度降水存在漏报或者发生时间偏晚的倾向,此外还存在对小雨的空报。在3个降水事件的模拟中,GFS试验模拟的降水误差小于原物理过程试验。最后还对两组试验中明显的降水过程漏报和降水延迟进行了分析,对GFS物理过程包中对流参数化的对流触发方式的修改,可改进此次降水的模拟,进而通过更准确的反馈过程,改善对大尺度场的模拟。 展开更多
关键词 grapes区域模式 中期全球预报系统(GFS) 物理过程包 单柱试验 对流参数化
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GRAPES全球模式次网格对流过程对云预报的影响研究 被引量:12
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作者 谭超 刘奇俊 马占山 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第5期867-878,共12页
50 km分辨率下的GRAPES全球模式对赤道及低纬度地区云水、云冰、云量和格点降水的预报较实际观测偏少。为解决这一问题,在模式原有的格点尺度云方案基础上,将次网格对流过程的影响作为源汇项,加入到云水、云冰和总云量的预报方程中。结... 50 km分辨率下的GRAPES全球模式对赤道及低纬度地区云水、云冰、云量和格点降水的预报较实际观测偏少。为解决这一问题,在模式原有的格点尺度云方案基础上,将次网格对流过程的影响作为源汇项,加入到云水、云冰和总云量的预报方程中。结合云和地球辐射能量系统(CERES)与热带降雨测量(TRMM)等卫星云观测资料,进行了改进后的云方案与原云方案预报结果的对比分析。结果显示,考虑了对流对格点尺度云含水量和云量预报的影响后,GRAPES全球模式预报的云和格点降水在赤道及低纬度地区有明显改善,水凝物含水量和总云量的预报结果与实况较为接近,格点降水在总降水中的比例由原来的5%提高到25%。研究进一步表明,次网格对流过程对格点尺度云和降水的影响取决于上升气流质量通量的分布和强度,上升气流的质量通量在对流活动强烈的低纬度热带地区较强,其最大值出现在650—450 hPa高度,因此,次网格对流的卷出过程对中云的影响最为明显。对高云和低云也有一定程度的影响,使云顶变高,云底变低。 展开更多
关键词 grapes全球模式 次网格对流卷出 云方案
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GRAPES全球模式背景误差协方差水平结构特征分析 被引量:3
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作者 王亚华 杨晓帆 +1 位作者 曾勇虎 汪连栋 《干旱气象》 2017年第1期57-63,共7页
基于1个月的GRAPES全球模式模拟资料,采用NMC方法统计了GRAPES全球模式的背景误差协方差,从背景误差的谱曲线和水平相关特征尺度2方面对背景误差协方差的水平结构进行分析,并与欧洲中心的计算结果进行比较。结果表明:2种模式的谱曲线变... 基于1个月的GRAPES全球模式模拟资料,采用NMC方法统计了GRAPES全球模式的背景误差协方差,从背景误差的谱曲线和水平相关特征尺度2方面对背景误差协方差的水平结构进行分析,并与欧洲中心的计算结果进行比较。结果表明:2种模式的谱曲线变化趋势较为一致,背景误差的动能谱和位势高度功率谱均在1—7的波数范围逐渐增大,在7—14的波数范围取得最大值,之后随着波数的增大,谱值逐渐减小;在波数>20的范围内,总动能谱随波数的衰减主要由旋转动能谱随波数的减小造成。采用谱方法和格点方法进行水平相关特征尺度的计算,结果表明二者计算得到的背景误差的水平相关特征尺度随高度的升高而增大,随波数的增大而减小,但谱方法的计算结果大于格点方法。 展开更多
关键词 grapes全球模式 背景误差功率谱 水平相关特征尺度
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A New Searching Strategy for the Lost Plane Based on RBF Neural Network Model and Global Optimization Model
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作者 Yiqing YU 《International Journal of Technology Management》 2015年第4期126-128,共3页
In this paper, we construct two models for the searching task for a lost plane. Model 1 determines the searching area. We predict the trajectory of floats generated after the disintegration of the plane by using RBF n... In this paper, we construct two models for the searching task for a lost plane. Model 1 determines the searching area. We predict the trajectory of floats generated after the disintegration of the plane by using RBF neural network model, and then determine the searching area according to the trajectory. With the pass of time, the searching area will also be constantly moving along the trajectory. Model 2 develops a maritime search plan to achieve the purpose of completing the search in the shortest time. We optimize the searching time and transform the problem into the 0-1 knapsack problem. Solving this problem by improved genetic algorithm, we can get the shortest searching time and the best choice for the search power. 展开更多
关键词 the trajectory of floats RBF neural network model global optimization model 0-1 knapsack problem improved geneticalgorithm
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中国东部夏季降水与东亚垂直环流结构及其预测试验 被引量:10
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作者 韩雪 魏凤英 《大气科学》 CSCD 北大核心 2010年第3期533-547,共15页
本文在分析中国东部夏季降水的时空分布特征基础上,从东亚高、中、低层大尺度环流异常着手,选取对中国东部夏季降水异常有显著影响的大气环流预报因子,分别应用逐步回归和最优子集回归法两种统计降尺度方法,以动力气候模式CAM3.1预报输... 本文在分析中国东部夏季降水的时空分布特征基础上,从东亚高、中、低层大尺度环流异常着手,选取对中国东部夏季降水异常有显著影响的大气环流预报因子,分别应用逐步回归和最优子集回归法两种统计降尺度方法,以动力气候模式CAM3.1预报输出的大气环流预报因子为基础,以中国东部夏季降水的典型空间分布型为预报对象,建立动力与统计相结合的中国东部夏季降水预测模型,并对1981~2000年的中国东部夏季降水进行回报试验。结果表明:中国东部夏季降水具有4类典型的空间分布型式,且具有显著的准2年和年代际尺度振荡周期;东亚高、中、低层大气环流异常的特定配置,对东部夏季降水的空间分布型有显著影响;使用两种降尺度方案建立的动力与统计相结合的预测模型对中国东部夏季降水异常具有一定的预报技巧,可以在一定程度上提高动力模式对中国东部夏季降水的预报效果。 展开更多
关键词 短期气候预测 中国东部夏季降水 CAM3.1模式 动力与统计相结合 统计降尺度
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GRAPES全球模式初始化优化策略 被引量:2
11
作者 刘钊 周明忠 +1 位作者 徐金秀 陈德训 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第S1期56-58,共3页
结合GRAPES全球模式并行计算的特点,分析了GRAPES全球模式的初始化模块的耗时情况,重点讨论了IO初始化函数和物理过程初始化函数,设计了一系列针对程序初始化阶段的通信优化方案,通过采用集合通信和先到先服务的策略减少通信拥塞和通信... 结合GRAPES全球模式并行计算的特点,分析了GRAPES全球模式的初始化模块的耗时情况,重点讨论了IO初始化函数和物理过程初始化函数,设计了一系列针对程序初始化阶段的通信优化方案,通过采用集合通信和先到先服务的策略减少通信拥塞和通信热点,有效减少了初始化耗时,使程序初始化阶段性能提高15倍以上.根据实测结果优化方案取得了非常好的效果,大幅提高了GRPAES全球模式大规模多进程运行时的效率,使程序的稳定性和可扩展性得到一定的提高. 展开更多
关键词 并行计算 通信优化 grapes 可扩展性 全球模式
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Why models run hot: results from an irreducibly simple climate model 被引量:1
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作者 Christopher Monckton Willie W.-H.Soon +1 位作者 David R.Legates William M.Briggs 《Science Bulletin》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第1期122-135,共14页
An irreducibly simple climate-sensitivity model is designed to empower even non-specialists to research the question how much global warming we may cause. In 1990, the First Assessment Report of the Inter- governmenta... An irreducibly simple climate-sensitivity model is designed to empower even non-specialists to research the question how much global warming we may cause. In 1990, the First Assessment Report of the Inter- governmental Panel on Climate Change (IPCC) expressed "substantial confidence" that near-term global warming would occur twice as fast as subsequent observation. Given rising CO2 concentration, few models predicted no wann- ing since 2001. Between the pre-final and published drafts of the Fifth Assessment Report, IPCC cut its near-term warming projection substantially, substituting "expert assessment" for models' near-term predictions. Yet its long-range predictions remain unaltered. The model indi- cates that IPCC's reduction of the feedback sum from 1.9 to 1.5 W m^-2 K^-1 mandates a reduction from 3.2 to 2.2 K in its central climate-sensitivity estimate; that, since feed- backs are likely to be net-negative, a better estimate is 1.0 K; that there is no unrealized global warming in the pipeline; that global warming this century will be 〈1 K;and that combustion of all recoverable fossil fuels will cause 〈2.2 K global warming to equilibrium. Resolving the discrepancies between the methodology adopted by IPCC in its Fourth and Fifth Assessment Reports that are highlighted in the present paper is vital. Once those dis- crepancies are taken into account, the impact of anthro- pogenic global warming over the next century, and even as far as equilibrium many millennia hence, may be no more than one-third to one-half of IPCC's current projections. 展开更多
关键词 Climate change - Climate sensitivityClimate models - global warming Temperaturefeedbacks Dynamical systems
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全球多区域CGE模型的构建及其3E扩展 被引量:3
13
作者 牛玉静 陈文颖 吴宗鑫 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期1073-1079,共7页
全球多区域可计算一般均衡模型(computable general equilibrium,CGE)是最重要的全球气候政策评估工具之一。该文给出了自主开发的全球多区域可计算一般均衡模型(global applied general equilibrium model,GAGE)的理论框架,描述了区域... 全球多区域可计算一般均衡模型(computable general equilibrium,CGE)是最重要的全球气候政策评估工具之一。该文给出了自主开发的全球多区域可计算一般均衡模型(global applied general equilibrium model,GAGE)的理论框架,描述了区域内框架的地区账户收入分配方案和生产模块的嵌套结构以及区域间框架的国际贸易结构和2个虚拟国际机构的构建,即建立国际运输部门和国际银行用于描述国际贸易的运输服务供需以及投资的区域间流动。在标准GAGE模型的基础上进行了能源-环境-经济扩展,以描述能源与资本之间以及各类能源之间的替代关系。碳减排情景研究结果验证了GAGE模型理论框架的合理性,展示了能源替代对于减排潜力的显著影响。 展开更多
关键词 全球多区域可计算一般均衡(computable GENERAL equilibrium CGE)模型 GAGE(global applied GENERAL EQUILIBRIUM model)模型 能源-环境-经济(3E)扩展 国际运输服务 国际银行
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Research and Operational Development of Numerical Weather Prediction in China 被引量:16
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作者 Xueshun SHEN Jianjie WANG +2 位作者 Zechun LI Dehui CHEN Jiandong GONG 《Journal of Meteorological Research》 SCIE CSCD 2020年第4期675-698,共24页
Numerical weather prediction(NWP) is a core technology in weather forecast and disaster mitigation. China’s NWP research and operational applications have been attached great importance by the meteorological communit... Numerical weather prediction(NWP) is a core technology in weather forecast and disaster mitigation. China’s NWP research and operational applications have been attached great importance by the meteorological community.Fundamental achievements have been made in the theories, methods, and NWP model development in China, which are of certain international impacts. In this paper, the scientific and technological progress of NWP in China since1949 is summarized. The current status and recent progress of the domestically developed NWP system-GRAPES(Global/Regional Assimilation and Pr Ediction System) are presented. Through independent research and development in the past 10 years, the operational GRAPES system has been established, which includes both regional and global deterministic and ensemble prediction models, with resolutions of 3-10 km for regional and 25-50 km for global forecasts. Major improvements include establishment of a new non-hydrostatic dynamic core, setup of four-dimensional variational data assimilation, and development of associated satellite application. As members of the GRAPES system, prediction models for atmospheric chemistry and air pollution, tropical cyclones, and ocean waves have also been developed and put into operational use. The GRAPES system has been an important milestone in NWP science and technology in China. 展开更多
关键词 numerical weather prediction(NWP) global/Regional Assimilation and Pr Ediction System(grapes) semi-implicit semi-Lagrangian grid-point model physical process four-dimensional variational assimilation satellite data assimilation
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