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Dynamic Analogue Initialization for Ensemble Forecasting
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作者 李珊 容新尧 +2 位作者 刘赟 刘征宇 Klaus FRAEDRICH 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2013年第5期1406-1420,共15页
This paper introduces a new approach for the initialization of ensemble numerical forecasting: Dynamic Analogue Initialization (DAI). DAI assumes that the best model state trajectories for the past provide the init... This paper introduces a new approach for the initialization of ensemble numerical forecasting: Dynamic Analogue Initialization (DAI). DAI assumes that the best model state trajectories for the past provide the initial conditions for the best forecasts in the future. As such, DAI performs the ensemble forecast using the best analogues from a full size ensemble. As a pilot study, the Lorenz63 and Lorenz96 models were used to test DAI's effectiveness independently. Results showed that DAI can improve the forecast significantly. Especially in lower-dimensional systems, DAI can reduce the forecast RMSE by ~50% compared to the Monte Carlo forecast (MC). This improvement is because DAI is able to recognize the direction of the analysis error through the embedding process and therefore selects those good trajectories with reduced initial error. Meanwhile, a potential improvement of DAI is also proposed, and that is to find the optimal range of embedding time based on the error's growing speed. 展开更多
关键词 initialization ensemble forecast analogue error growth
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提高月预报业务水平的动力相似集合方法 被引量:12
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作者 任宏利 张培群 +1 位作者 李维京 陈丽娟 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期723-730,共8页
针对基于大气环流模式的月预报问题,提出了一种能有效减小预报误差并提高预报技巧的动力相似集合预报新方法。该方法着眼于动力模式与统计经验的内在结合,在模式积分过程中通过提取大气环流历史相似性信息,对模式误差进行参数化处理,形... 针对基于大气环流模式的月预报问题,提出了一种能有效减小预报误差并提高预报技巧的动力相似集合预报新方法。该方法着眼于动力模式与统计经验的内在结合,在模式积分过程中通过提取大气环流历史相似性信息,对模式误差进行参数化处理,形成多个时变的相似强迫量来扰动生成预报的集合成员。将这一集合新方法应用到中国国家气候中心业务大气环流模式(BCC AGCM1.0),一组10 a准业务环境下回报试验结果显示,相比于业务集合预报,动力相似集合预报方法能有效改进模式对于大气环流的纬向平均、超长波和长波预报,从而有效提高了月平均环流预报技巧(几乎达到业务可用标准)和逐日环流预报技巧,并显著降低了预报误差,合理增加集合离散度,使二者配置关系得以改善,有望在业务预报中应用。 展开更多
关键词 月预报 集合方法 动力相似 误差参数化
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近二十年来暴雨和强对流可预报性研究进展 被引量:27
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作者 闵锦忠 吴乃庚 《大气科学》 CSCD 北大核心 2020年第5期1039-1056,共18页
大气可预报性研究是开展天气、气候预测的基础科学问题。全球变暖背景下,近年暴雨和强对流等中小尺度灾害性天气频发,如何深入认识其可预报性问题成为了天气领域研究热点,也是制约数值天气预报模式能力提升的重要因素。本文在简要回顾... 大气可预报性研究是开展天气、气候预测的基础科学问题。全球变暖背景下,近年暴雨和强对流等中小尺度灾害性天气频发,如何深入认识其可预报性问题成为了天气领域研究热点,也是制约数值天气预报模式能力提升的重要因素。本文在简要回顾国内外大气可预报性研究历程的基础上,重点对近二十年(1999~2018)国际上关于暴雨和强对流可预报性方面的最新研究进展进行了系统的综述和归纳。主要包括:中小尺度可预报性研究的主要方法和评估手段及其与传统大尺度天气可预报性研究的差异,初始误差增长机制的几种主要观点及其争论(误差升尺度、误差降尺度、升降尺度并存),数值模式误差和对流环境误差对实际预报性的影响,以及最近的中尺度可预报性科学观测试验进展等。最后,对暴雨、强对流可预报性研究存在的问题、未来发展方向进行了简要的讨论和展望。 展开更多
关键词 暴雨 强对流 误差增长 集合预报 可预报性
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数值天气预报和气候预测的集合预报方法:思考与展望 被引量:17
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作者 段晚锁 汪叶 +1 位作者 霍振华 周菲凡 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2019年第3期396-406,共11页
从初始误差、模式误差以及两者综合影响的角度,综述了天气、气候集合预报方法的研究进展,指出了传统方法的优势,同时也评论了这些方法的局限性,提出了对未来先进集合预报方法的一些思考,以及需要解决的挑战性问题和可能的应用。
关键词 初始误差 模式误差 集合预报
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观测误差对GRAPES区域集合预报影响的敏感性试验 被引量:8
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作者 陈浩 陈静 +2 位作者 汪矫阳 杨珊珊 夏宇 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2017年第2期193-201,共9页
通过设计3组不同的观测误差均方差,对2012年8月1日—29日进行了基于GRAPES-M EPS(Global/Regional Assimilation and Prediction System-Mesoscale Ensemble Prediction System)的集合预报敏感性试验,研究观测误差均方差对集合预报初始... 通过设计3组不同的观测误差均方差,对2012年8月1日—29日进行了基于GRAPES-M EPS(Global/Regional Assimilation and Prediction System-Mesoscale Ensemble Prediction System)的集合预报敏感性试验,研究观测误差均方差对集合预报初始扰动场结构、扰动量及垂直扰动总能量发展的影响,评估集合预报结果的差异,并分析了一次典型的江淮流域强降水个例。结果显示,模式变量扰动结构和扰动振幅对观测误差均方差较敏感,较小的观测误差均方差使得温度和风等模式变量的初始扰动量增大,扰动总能量增长更快,降水集合预报效果更优。因此在GRAPES-MEPS中,可以考虑对观测误差均方差进行适当的扰动,以体现观测误差均方差的不确定性对集合预报的影响,提高GRAPES-MEPS的集合预报技巧。 展开更多
关键词 观测误差 GRAPES 区域集合预报 初值扰动 敏感性试验
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基于BGM的暴雨集合预报初始扰动发展分析 被引量:6
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作者 张立凤 罗雨 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2009年第5期571-575,共5页
基于增长模繁殖法(BGM)思想,采用AREM(新一代区域η坐标模式),研究了暴雨过程中,初始随机扰动在繁殖循环中随时间的演变特征和发展机理。结果表明,初始扰动的演变决定于环流背景场的结构和大气中的湿物理过程。背景场不仅影响扰动的演... 基于增长模繁殖法(BGM)思想,采用AREM(新一代区域η坐标模式),研究了暴雨过程中,初始随机扰动在繁殖循环中随时间的演变特征和发展机理。结果表明,初始扰动的演变决定于环流背景场的结构和大气中的湿物理过程。背景场不仅影响扰动的演变规律,而且决定了扰动发展的敏感区域。初始扰动随时间演变存在两个敏感区,一是背景场的大风速区,二是降水区附近。对流层高层,大风速区附近扰动得到最优发展;对流层中低层,扰动不仅沿大风速区发展,且与降水区配合较好。初始扰动发展的机理也有两种,一是大气湿物理过程引起的位势不稳定或第二类条件不稳定(CISK);二是由风切变引起的大气动力不稳定。高层扰动的增长,以干大气的动力不稳定占优,中低层扰动的发展主要是湿物理过程的贡献,初始扰动在模式中的发展与降水的发展是同"源"的,有利于降水发展的环境也有利于初始扰动的发展,从而影响了降水的可预报性。所以利用暴雨预报模式制作集合预报时,BGM仍是可用的方法。 展开更多
关键词 BGM 集合预报 初始扰动 发展机理 数值模式
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基于增长模繁殖法的初始分析误差计算及集合预报试验 被引量:9
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作者 关吉平 张立凤 马环宇 《气象科学》 CSCD 北大核心 2009年第3期317-322,共6页
首先用成对繁殖的方法对NCEP再分析资料与T106分析场中的快速增长分析误差进行了计算和比较,然后把它们叠加到各自的初始场中进行了多初值集合预报试验。结果表明,用不同分析资料计算的达到饱和的快速增长误差,两者在全球分布上既有许... 首先用成对繁殖的方法对NCEP再分析资料与T106分析场中的快速增长分析误差进行了计算和比较,然后把它们叠加到各自的初始场中进行了多初值集合预报试验。结果表明,用不同分析资料计算的达到饱和的快速增长误差,两者在全球分布上既有许多相似的地方,也存在一些不同,多初值集合是综合考虑它们的有效方法;考虑了两种分析误差的集合预报比只考虑一种分析误差的集合预报优越;在集合总成员数不变的前提下,发现引入另一种分析资料的集合成员数并不是越多越好,就预报技巧的最大改善而言,其存在一个阀值。 展开更多
关键词 增长模繁殖法 初始分析误差 集合预报
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气候数值模拟研究中初始场衰减理论的理解和应用 被引量:1
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作者 王鹏飞 李建平 顾雷 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第2期218-226,共9页
根据对大气原始方程的定性理论和相空间的理论研究,初始场对数值模拟的作用会随着时间的增长而逐步衰减。文章分析初始场作用衰减理论的关键问题,通过对大气环流谱模式SAMIL和ECHAM的数值试验,在实际的计算环境中研究其初始场作用的变... 根据对大气原始方程的定性理论和相空间的理论研究,初始场对数值模拟的作用会随着时间的增长而逐步衰减。文章分析初始场作用衰减理论的关键问题,通过对大气环流谱模式SAMIL和ECHAM的数值试验,在实际的计算环境中研究其初始场作用的变化情况。研究中使用到对舍入误差干扰的一种集合消减方法(REME),保证了验证试验所受舍入误差的影响小于给定的范围。结果表明有舍入误差存在的计算环境中,当初始差别较大时,其逐步衰减到一个波动值。而对于特别微小的初始场差别,其长期影响也应是衰减的,但由于计算精度有限,可能会出现增大到一个波动值的现象,这些结果与非线性误差理论所描述的误差饱和现象一致。试验得到了具体模式的衰减速率曲线,发现衰减需要的时间范围大约为40—60d。文中还利用初始场作用衰减的理论探讨了如何解释初始场集合预报(IME)能够减少模拟结果误差的现象。 展开更多
关键词 初始场 误差 气候 大气环流模式 集合预报
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预报误差演变近似模型的偏差
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作者 刘凑华 谈哲敏 张熠 《南京大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2010年第6期607-615,共9页
本文从理论和数值试验上讨论了两种常用的预报误差增长近似模型的偏差问题:累加近似模型和线性近似模型.理论结果表明初始误差、模式误差的累加近似的偏差在短期内随时间是线性增长,但其增长速度后者约为前者的一半.误差增长的线性近似... 本文从理论和数值试验上讨论了两种常用的预报误差增长近似模型的偏差问题:累加近似模型和线性近似模型.理论结果表明初始误差、模式误差的累加近似的偏差在短期内随时间是线性增长,但其增长速度后者约为前者的一半.误差增长的线性近似的偏差与误差线性分量的模成正比.利用Lorenz-96系统数值模拟结果进一步验证了理论分析的结果,并进一步指出误差累加近似和线性近似的偏差对背景状态不敏感,模式误差源的性质对累加近似的平均偏差的影响较小.研究结果可为确定预报误差演变近似模型的适用范围、误差增长的阶段划分等研究提供理论依据. 展开更多
关键词 初始误差 模式误差 预报误差 误差增长 近似模型 偏差
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GRAPES区域集合预报模式的初值扰动增长特征 被引量:16
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作者 王婧卓 陈静 +2 位作者 庄照荣 张涵斌 王静 《大气科学》 CSCD 北大核心 2018年第2期367-382,共16页
基于GRAPES-REPS(Global and Regional Assimilation and Prediction Enhanced System-Regional Ensemble Prediction System)区域集合预报模式和集合变换卡尔曼滤波(Ensemble Transform Kalman Filter,ETKF)初值扰动方法,对2015年6月1... 基于GRAPES-REPS(Global and Regional Assimilation and Prediction Enhanced System-Regional Ensemble Prediction System)区域集合预报模式和集合变换卡尔曼滤波(Ensemble Transform Kalman Filter,ETKF)初值扰动方法,对2015年6月1~15日10 km与15 km水平分辨率分别进行集合预报试验,通过分析ETKF初值扰动分量、初值扰动方差准确率、动能谱、扰动能量演变、日变化及集合离散度、均方根误差等特征,揭示GRAPES-REPS区域集合预报ETKF初值扰动结构及增长特征。结果表明:(1)ETKF初值扰动方案产生的扰动能够保持所有正交、不相关方向的误差方差,且ETKF分量α参数值及放大因子具有较好的稳定性。(2)ETKF初值扰动方法生成的扰动场以大尺度扰动为主,扰动结构及能量具有随流型依赖特征,低层以内能扰动为主,高层以动能扰动为主,且集合扰动可以有效捕捉预报误差的结构。(3)GRAPES区域集合预报初值扰动总能量和集合离散度随预报时效的延长均呈发展趋势,但离散度增长率小于均方根误差增长率,即集合预报总体存在集合离散度不足的问题。(4)水平分辨率提高可以增加中高层大尺度扰动波谱能量,明显改进等压面及近地面风场及温度场的集合预报效果。值得指出的是,GRAPES-REPS区域集合预报低层内能扰动能量存在明显的日变化特征,特别是青藏高原地区更加显著,需要进一步研究青藏高原初值扰动结构的合理性。 展开更多
关键词 区域集合预报 GRAPES 模式 初值扰动结构 扰动增长特征
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初始扰动振幅和集合样本数对CNOPs集合预报的影响 被引量:4
11
作者 汪叶 段晚锁 《大气科学》 CSCD 北大核心 2019年第4期915-929,共15页
初始扰动振幅的大小和集合样本数对于集合预报取得更高预报技巧具有重要意义。本文将正交条件非线性最优扰动方法(orthogonal conditional nonlinear optimal perturbations,简称CNOPs)应用于概念模型Lorenz-96模式探讨了初始扰动振幅... 初始扰动振幅的大小和集合样本数对于集合预报取得更高预报技巧具有重要意义。本文将正交条件非线性最优扰动方法(orthogonal conditional nonlinear optimal perturbations,简称CNOPs)应用于概念模型Lorenz-96模式探讨了初始扰动振幅和集合样本数对集合预报技巧的影响,从而为使用更复杂模式进行集合预报提供指导。结果表明,由于CNOPs扮演了非线性系统中的最优初始扰动,从而使得当初始扰动振幅小于初始分析误差的大小时,CNOPs集合预报获得更高的预报技巧,并且CNOPs集合预报的最高预报技巧总是高于奇异向量法(singular vectors,简称SVs)集合预报的最高预报技巧。结果还表明,CNOPs集合预报倾向于具有一个合适的样本数时,达到最高技巧。更好的集合离散度--预报误差关系和更为平坦的Talagrand图(Talagrand diagram)进一步证明了CNOPs集合预报系统的可靠性,从而夯实了上述结果的合理性。因此,针对CNOPs集合预报,本文认为采用一个适当小于初始分析误差的初始扰动振幅和一个合适的集合样本数,有利于CNOPs集合预报达到最高预报技巧。 展开更多
关键词 集合预报 初始误差 条件非线性最优扰动 集合样本数
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一次梅汛期强降雨过程的中期时效预报误差分析 被引量:1
12
作者 马杰 刘晓琳 +6 位作者 李红 杨森 刘鑫华 尹姗 任宏昌 刘一 张峰 《气象与环境学报》 2020年第4期11-17,共7页
2016年6月30日至7月4日,中国长江流域发生了入汛以来最强的一次极端降雨过程,但对雨带位置的预报却出现了显著误差。为此,本文基于欧洲中期天气预报中心的预报资料,利用天气学诊断方法,分析了确定性和集合预报的基本情况,讨论了预报误... 2016年6月30日至7月4日,中国长江流域发生了入汛以来最强的一次极端降雨过程,但对雨带位置的预报却出现了显著误差。为此,本文基于欧洲中期天气预报中心的预报资料,利用天气学诊断方法,分析了确定性和集合预报的基本情况,讨论了预报误差产生原因及其演变特征。结果表明:梅雨锋上次天气尺度波动在中国黄淮—辽东半岛到朝鲜半岛—日本东部一带呈“负—正—负”的分布,它的强弱对雨带位置的变化起着重要影响。当该波动偏强时,有利于低层季风向北伸展,加之冷空气强度偏弱,进而造成雨带位置偏北,反之亦然。此外,通过对比集合预报成员中的准确和偏北成员组,发现该次天气尺度波动来源于青藏高原东北部的初始误差场。伴随着中纬度西风波动的向东传播,该误差在中低层沿着梅雨锋向东移动、并不断增强,最终造成中国长江中下游地区雨带位置明显偏北。 展开更多
关键词 西风急流 梅雨雨带 集合预报 中期预报 初始误差
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海洋集合预报中BGM型初始扰动生成及发展特征分析
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作者 刘敬一 过武宏 赵建昕 《舰船电子工程》 2018年第4期1-3,11,共4页
目前,集合预报方法是解决单一预报结果不确定性问题的一种有效方法,其中初始扰动的生成是集合预报的关键技术之一。利用高分辨率的ROMS区域海洋模式,基于增长模繁殖(BGM)的思想,研究了海洋集合预报中,初始随机扰动的生成及其在繁殖循环... 目前,集合预报方法是解决单一预报结果不确定性问题的一种有效方法,其中初始扰动的生成是集合预报的关键技术之一。利用高分辨率的ROMS区域海洋模式,基于增长模繁殖(BGM)的思想,研究了海洋集合预报中,初始随机扰动的生成及其在繁殖循环过程中随时间的发展特征。结果表明:初始扰动的发展与背景流场结构有一定联系,而BGM型初始扰动表现为良好的动力学结构,在对预报结果的影响方面,BGM型扰动发展强区内初始扰动的影响大于扰动发展弱区内初始扰动的影响;初始扰动发展强区内具有BGM型结构的初始扰动的影响要大于无明确结构的初始扰动的影响。 展开更多
关键词 集合预报 初始扰动 增长模繁殖
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