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摘要:文章基于中尺度天气预报模式(WRF)及其三维变分同化系统(WRF-3DVAR),采用了两部雷达径向风资料,进行单一时间分析以初始化台风"灿都"(Chanthu),比较研究了同化雷达径向速度(Vr)对台风"灿都"分析和预报的影响.结果表明:同化雷达径向风的作用主要体现在台风强度和环流结构的调整,且在同化达到一定时长后,对改进同化后的预报分析有积极效应.同化试验改进台风的初始风场以及台风环流中心的热力和动力结构、强度和位置,进而提高18h预报的台风结构、路径、强度.
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CSTPCD 北大核心
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摘要:采用可精确刻画雷达回波强度数据统计特征的小波域高斯尺度混合(GSM)模型作为雷达图像先验模型,进行天气雷达图像插值,在提高图像分辨率的同时有效重建降水回波中局部强回波值、小尺度变化细节等一些重要空间分布统计特征.分析和总结雷达回波强度数据小波频率域统计特点,建立小波域GSM模型;匹配天气雷达图像小波系数和GSM模型,利用贝叶斯理论估计更小尺度的小波系数,进行小波逆变换,完成高分辨率天气雷达图像插值.试验表明,该算法能从低分辨率图像中估计出高分辨率高频系数,且所利用的先验模型充分考虑降水数据本身的特点,可有效捕获降水回波结构的非高斯特征和局部相关特性,重建雷达图像中的局部变化细节.
摘要:利用Noah陆面模式,基于集合均方根滤波(ensemble square-root filter,简称ENSRF)算法,结合观测和模式2类订正方法,通过构建多个融合同化方案,进行土壤湿度同化研究.其中,模式订正采用粒子群优化算法估计模式参数,观测订正则将观测季节性尺度的特征调整到与模式气候态相当的水平.结果表明,观测订正能够有效减少观测与模式季节尺度差异,从而间接减少同化中的观测误差,而模式订正则有效减少模式参数在同化中产生的误差;引入观测和模式订正后的同化都要优于原始观测且未订正模式的传统同化方案,而单独引入模式或者观测订正并不能够提供给同化方案最佳误差订正信息;结合尺度化的观测订正和参数优化的模式订正,能够使传统土壤湿度ENSRF估计方案得到最大程度的改善.
摘要:采用中尺度数值模式WRF3.8.1,以2010年03号台风"灿都"为研究个例,采取控制变量的思想设计YSU、MYJ、QNSE、MYNN2四组不同边界层方案进行模拟试验,通过比较模拟和实况台风路径、MSLP(Minimun sea level pressure)和MSW(Maximum surface wind),发现四组试验的模拟结果与实况都有一定的差异,路径偏差相似,强度均偏弱.总体而言,边界层方案为YSU的试验WRF_YSU模拟效果最佳.对试验WRF_YSU引入雷达观测资料后的同化试验(WRF_YSURD)后发现WRF_YSURD试验对台风强度的模拟结果有显著改善.通过进一步的诊断发现,不同边界层方案及是否进行雷达资料的同化会造成五组模拟试验中台风的散度、涡度及风场等的模拟结果不同,从而造成台风范围内的水汽场不同,进而影响最终的台风强度和路径模拟结果.
摘要:本文采用基于WRFDA的集合-变分混合同化系统(En3DVAR)在云尺度分辨率下同化了雷达观测资料考察其对登陆台风"桑美"的影响.高时空分辨率的雷达径向风资料在台风登陆前的3h同化窗内以每30 min的频率同化进 WRF模式(Weather Research and Forecasting).研究结果表明:En3DVAR 试验在3 h同化窗内的均方根误差相比3DVAR 试验改进显著,这可能得益于混合同化系统中提供的"流依赖"的集合协方差信息.系统性的诊断分析表明En3DVAR 试验在台风内核区产生了较为明显正温度增量,对台风内核区的热力和动力结构均有较好调整,而3DVAR 则在台风内核区产生了负温度增量;相比3DAVR 试验,En3DVAR 在采用了"流依赖"的集合协方差信息后还可以对背景场上的台风的位置进行系统性的偏差订正.总体而言,En3DVAR 试验预报的台风路径和强度相比3DVAR 改进显著,其正效果主要来源于混合背景误差协方差中的"流依赖"集合协方差信息.
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CSTPCD 北大核心
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摘要:基于格点统计插值分析系统(Gridpoint Statistical Interpolation analysis system,简称GSI),利用粒子滤波(Particle Filter,简称PF)方法对卫星红外辐射率资料进行了云覆盖、云高等三维云图产品的反演研究.选取了具有高时空分辨率的静止卫星GOES (Geostationary Operational Environmental Satellites)-Imager辐射率资料进行了云反演试验,初步评估了PF云反演方法的可行性及其与多元极小残差(Multivariate and Minimum Residual,简称MMR)云反演方法的异同.结果表明:两种方法反演得到的云覆盖和云顶气压与NASA基于CO2切片法反演得到的GOES云产品一致性较高.PF和MMR方法反演产品的优点是云图信息是三维分布的,相对于NASA提供的GOES云产品能提供更全方位立体的云信息.MMR方法需要利用一维变分逐步拟合观测来反演三维云图产品;PF方法采用不同模式垂直层的云覆盖比例作为不同粒子来近似后验概率分布,计算效率大大提高.进一步提出了一种新的基于"扰动粒子"的粒子滤波云反演方法,结果表明:在滤波过程中采用足够多的粒子样本(样本数量约为250)可以改进后验概率密度函数的估计,有效地避免了粒子发散问题,改善了云反演的结果.
摘要:基于OpenStack架构建立省级云资源管理平台,通过整合省级各类硬件资源,将计算、存储、网络等硬件资源纳入统一资源池管理,在此基础上将省级原有的多套虚拟化系统软硬件资源纳入平台统一管理.平台投入使用后资源有效利用率大幅提升,实现硬件资源动态、弹性、可回收利用,能够更好地为各业务部门提供硬件资源服务.通过接管省级VMware、OS等虚拟化系统,平台可以根据业务需求快速部署交付业务系统,大幅提高对气象业务的服务和支撑能力,提高了系统运维的水平和效率.该平台的建成和应用对省级云计算发展和应用具有示范、服务、探索等多重作用,特别是对带动省级信息化建设进入新阶段,探寻省级新的信息化建设模式具有现实意义.
摘要:本文采用美国国家大气研究中心(NCAR)开发的中尺度数值模式 WRFV3.7及其三维变分同化系统 WRF-3DVAR 对2008年飓风“艾克”进行了数值模拟研究。利用多普勒天气雷达观测资料具有高时空分辨率的优点,将美国两部多普勒天气雷达资料进行速度退模糊等必要质量控制后同化进中尺度数值模式,考察雷达资料同化对飓风“艾克”预报的改进程度。试验结果表明:将雷达资料用于对流尺度分辨率下飓风初始化需要对变分同化系统中特征尺度化因子进行优化调整,使观测资料能够以较为合理的方式调整模式初始场并进而改进预报;雷达径向风同化可以有效调整模式初始场中的飓风动力和热力结构,而经过尺度化因子调整后的雷达径向风同化则在飓风观测中心位置产生较为合理的气旋性风场增量,提供更为确切的中小尺度信息,使模式初始场更加接近观测并进而改进对飓风路径和强度的预报。
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CSTPCD 北大核心
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摘要:利用WRF (Weather research and forecasting)模式及模式模拟的资料,采用Hybrid ETKF-3DVAR (ensemble transform Kalman filter-three-dimensional variational data assimilation)方法同化模拟雷达观测资料.该混合同化方法将集合转换卡尔曼滤波(ensemble transform Kalman filter)得到的集合样本扰动通过转换矩阵直接作用到背景场上,利用顺序滤波的思想得到分析扰动场;然后通过增加额外控制变量的方式把“流依赖”的集合协方差信息引入到变分目标函数中去,在3DVAR框架基础下与观测数据进行融合,从而给出分析场的最优估计.试验结果表明,Hybrid ETKF-3DVAR同化方法相比传统3DVAR可以提供更为准确的分析场,Hybrid方法雷达资料初始化模拟的台风涡旋结构与位置比3DVAR更加接近“真实场”,对台风路径预报也有明显改进.通过对比HybridS试验与HybridF试验发现,Hybrid的正效果主要来源于混合背景误差协方差中的“流依赖”信息,集合平均场代替确定性背景场带来的效果并不
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北大核心 CSTPCD
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摘要:应用新一代中尺度预报模式WRF模式及其3DVar同化系统,针对江苏地区2009年6月14日飑线过程进行了多普勒雷达资料的同化试验研究,在对雷达资料进行严格质量控制的基础上,设计一系列尺度化因子优化调整及同化频率的敏感性试验.试验结果表明:同化后初始场得到不同程度改善,适当的尺度化因子设定,能够有效改进对模式初始场中700 hPa风场和850 hPa温度场以及组合反射率因子等要素的分析,进而改善短时降水预报和风暴的垂直结构配置;并且同化频率越高,对初始场的组合反射率因子分布与观测更为接近,短时降水预报越准确.
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北大核心 CSTPCD
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摘要:利用雷达径向风单点试验和2006年8月超强台风“桑美”个例,首先研究了静态背景误差协方差的尺度化因子和方差在台风系统雷达资料同化中对台风路径和强度预报的影响.结果表明:在高时空分辨率的雷达资料同化中,较小的尺度化因子能显著改进对台风路径的预报;尺度化因子的影响比方差的影响更为显著.基于上述实验结果,进一步研究了WRFDA-Hybrid系统中“流依赖”控制变量的水平局地化和垂直局地化对台风预报的影响.试验结果表明:当“流依赖”的水平局地化距离与静态背景误差协方差的尺度化因子具有等效影响范围的时候,WRFDA-Hybrid能够得到比较合理的分析结果.同时针对雷达观测资料的空间分布特征,本文提出了一种新的基于雷达探测高度的垂直局地化方案,对台风的强度和路径预报均有显著的改进.
[期刊论文] 沈菲菲 闵锦忠 陈鹏 李超
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA CBST
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摘要:本文以2006年超强台风“桑美”为个例,考察了同化雷达径向风观测资料对台风初始场和预报场的改进作用。首先对沿海新一代多普勒天气雷达的径向风观测资料进行了去噪音、退模糊等一系列的质量控制,进一步利用美国国家大气研究中心开发的中尺度数值模式WRFV3.5及其三维变分同化系统WRF‐3DVAR ,每30 min循环同化雷达径向风观测资料。结果表明:同化多普勒雷达径向风观测资料后,对台风在模式中的初始位置进行了很好的修正,同时对台风区的动力和热力结构均有较好的调整。两组同化试验对于台风的路径、强度、降水等预报要优于控制试验,并且对背景误差协方差尺度化因子优化调整可以更有效地吸收雷达观测资料并提供更多的中小尺度信息。
摘要:本文以2006年超强台风"桑美"为个例,考察了同化雷达径向风观测资料对台风初始场和预报场的改进作用.首先对沿海新一代多普勒天气雷达的径向风观测资料进行了去噪音,退模糊等一系列的质量控制,进一步利用美国国家大气研究中心(NCAR)开发的中尺度数值模式WRFV3.5及其三维变分同化系统WRF-3DVAR,每30分钟循环同化雷达径向风观测资料.结果表明:同化多普勒雷达径向风观测资料后,对台风在模式中的初始位置进行了很好的修正,同时对台风区的动力和热力结构均有较好的调整.两组同化试验对于台风的路径、强度、降水等预报要优于控制试验,并且对背景误差协方差尺度化因子优化调整能更有效地吸收雷达观测资料并提供更多的中小尺度信息.
摘要:针对2007年7.18山东大暴雨个例过程,采用WRF区域中尺度模式进行了控制试验和同化试验.利用WRF-3DVAR同化系统同化了常规探空,地面观测资料以及GPSRO资料.实现了GPS掩星资料大气折射率和弯曲角度及常规探空和地面资料的直接同化.分析了三种资料对初值场的影响以及对降水预报效果的影响,结果表明:在数值预报中实现资料同化能改进初始场,并可改进暴雨落区和强度预报;进一步得出,同时同化探空、地面资料和非常规资料GPSRO资料比仅同化常规资料能更好地捕捉初始场信息,对降水预报能力有一定的改善.但是由于资料水平分辨率的限制,对降水落区改善还有待提高.
摘要:本文以2006年超强台风“桑美”为个例,考察了同化雷达径向风观测资料对台风初始场和预报场的改进作用.首先对沿海新一代多普勒天气雷达的径向风观测资料进行了去噪音,退模糊等一系列的质量控制,进一步利用美国国家大气研究中心(NCAR)开发的中尺度数值模式WRFV3.5及其三维变分同化系统WRF-3DVAR,每30分钟循环同化雷达径向风观测资料.结果表明:同化多普勒雷达径向风观测资料后,对台风在模式中的初始位置进行了很好的修正,同时对台风区的动力和热力结构均有较好的调整.两组同化试验对于台风的路径、强度、降水等预报要优于控制试验,并且对背景误差协方差尺度化因子优化调整能更有效地吸收雷达观测资料并提供更多的中小尺度信息.
摘要:本文基于WRF3.3.1 模式,考察了Hybrid ETKF–3DVAR 方法同化模拟雷达径向速度资料的效果.该混合同化方法将集合转换卡尔曼滤波得到的集合扰动样本通过一个转换矩阵直接作用到背景场上,利用顺序滤波的思想得到分析场的一个扰动;然后通过增加额外控制变量把“流依赖”的集合协方差信息引入到变分目标函数中去,在三维变分框架基础下与观测数据进行糅合,从而给出分析场的最优估计.
摘要:在气象灾害预报方面,暴雨因为其发生频率高、形成原因多样、损失大,一直是本学科研究的重点之一,并已有很多方面的成果。本文对暴雨过程进行了数值模拟,环流形势分析以及天气学诊断分析。同时还介绍了该暴雨过程中的中尺度时流发展过程。
[硕士论文] 沈菲菲
气象学 南京信息工程大学 2010(学位年度)
摘要:资料同化是数值天气预报质量提高的一个重要方面。随着观测资料的增多和观测质量的提高,资料同化技术的进步和发展依赖于对背景场和观测场不确定信息的描述上,集合卡尔曼滤波方法可以从集合样本统计出随天气形势变化的误差协方差,从而逐渐成为当前资料同化领域一个新的研究热点。
   本文围绕WRF-EnSRF同化系统,讨论其中关键问题的解决方案,重点研究协方差局地化对于同化质量的影响,以期为集合同化系统在国内实现业务化运行提供有价值的参考。本文首先在试验的基础上,考察水平局地化距离的选取对同化效果的影响;然后引入更先进的自适应局地化——分级的集合同化技术,将自适应局地化引入WRF-EnSRF系统。进行水平局地化“schur”函数、自适应局地化两种协方差局地化方案的在实际探空资料同化试验中的比较,考察自适应局地化方法在EnSRF同化系统中的可行性。分析结果表明,当局地化距离取为900km时,同化效果显示一定优势。在Lorenz96简单模式下在集合成员为40时,分组为4组时,均方根误差&均方根离散较小,同化效果较好。也即合适的自适应局地化集合分组方案对同化结果是有益的。在WRF-EnSRF同化实际探空资料试验中,各个层次上的高度和温度场预报误差在40个成员时分为8组时较其他分组情况普遍要小。进一步,通过数值预报的试验,对集合卡尔曼滤波和三维变分两种系统的同化能力进行了比较,得到以下结论:集合卡尔曼滤波相比三维变分对背景场的调整幅度要大,降水预报的效果普遍要优于三维变分同化后的效果,但是在80mm级别的TS评分低于三维变分的得分。造成差异的根本原因是三维变分无法实现更新误差协方差,而集合卡尔曼滤波的误差协方差是随流型演变的。目前三维变分业务同化系统已经实现了多重嵌套的同化,而本文所用合卡尔曼滤波由于受集合成员的、背景误差协方差计算等运算成本的限制,只尝试了做单层同化能力的开发,预报改善效果受到限制。
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