资料同化

摘要： 以2019年4月24日发生在辽宁省的一次大风天气过程为例,选取GFS(全球预报系统)0.25°×0.25°再分析资料,基于WRF模式三维变分同化技术,分别进行IASI资料同化试验和未同化任何资料的控制试验(CTNL),通过对比两组试验结果分析IASI资料同化对改进数值模式初始场的影响及其后续预报的机制。结果表明:经过IASI资料同化的模拟结果质量有很大改善,分析场与背景场相比更接近观测场;经过云检测之后不同通道使用的观测数目不同,资料同化对模拟的改善效果在通道0~800最佳;IASI资料同化对地表10 m风场的预报技巧有显著的改进作用,相比控制试验可以更精准地预报大风天气的区域和强度;IASI同化试验的预报质量高于控制试验且随时间比较稳定。

摘要： 全球大气模式在发展过程中不断获得改进,并逐渐采用非结构计算网格,如以球面重心Voronoi网格为特点的MPAS-A模式。为改进MPAS-A模式初值,相关的资料同化研究同步在积极开展。本文为实现利用变分方法快速同化多源观测资料的需求,以美国NCEP业务上使用的GSI系统作为同化模块,基于守恒重映射方法进行非结构与结构化球面网格转换,构建了GSI-MPAS同化及预报框架,并进行了网格转换测试和同化预报试验。网格转换检验测试表明,模式物理量的转换误差与其分布特征密切相关,二阶精度守恒重映射转换结果优于一阶精度转换结果。连续一周的滚动循环同化及预报试验表明,基于守恒重映射方法的GSI-MPAS同化及预报框架能够有效同化多源观测资料,改善了初值场的质量并使得MPAS-A预报得到的各个变量更加准确,且对降水预报具有正面效果。进一步分析表明,由于在北半球同化了更多观测资料,所以北半球地区的改进明显优于南半球及赤道地区。

摘要： 选用WRF(weather research and forecasting)模式及其3D-Var(three-dimensional variation)同化系统,针对2018年3月4日发生在江西的一次罕见强飑线天气,探讨同化多普勒雷达不同观测资料对极端雷暴大风天气模拟预报的影响。结果表明:仅同化由雷达反射率反演的雨水、雪和霰粒子以及由其估算的水汽不能稳定改善模式对飑线雷达反射率的预报效果,尤其对地面大风和降水的预报起反效果;当联合同化雷达反射率与雷达径向风资料后,显著改进了模式对飑线发展演变过程中雷达反射率、地面降水和地面大风的预报效果,雷达反射率的同化呈现显著正效果。原因是仅同化雷达反射率对初始水成物及热力场影响较大,而对动力场调整微弱,随着积分时间增加,热力场对动力场的反馈作用不真实,高层出现虚假辐散风场,飑线前侧模拟出虚假层状云区,且未能改进飑线系统低层垂直风切变、冷池以及对流层中下层后侧入流的模拟,模拟的飑线移动和演变过程与实况有很大差距;当联合同化雷达反射率与雷达径向风资料后明显调整了初始动力、热力和水成物场,物理配置更符合实际,形成更有利于强飑线发生的垂直风切变和风场结构,产生与实况接近的强冷池,模拟结果与实况的吻合度明显高于仅同化雷达径向风资料的试验。

摘要： 同化大量观测资料可以有效地改进模式预报结果,但不同观测对预报的影响有着显著差异,合理评估观测对预报的贡献是数值模式中最具挑战性的诊断之一。本文采用基于伴随的预报对观测的敏感性(Forecast Sensitivity to Observation,简称FSO)方法,构建WRFDA(Weather Research and Forecasting model’sData Assimilation)框架下的WRFDA-FSO系统。基于2019年9月超大城市项目在北京地区获取的风廓线雷达(Wind Profile Radar,简称WPR)和地基微波辐射计(Microwave Radiometer,简称MWR)观测数据,利用WRFDA-FSO系统,开展观测对WRF模式12 h预报的影响试验,并分析风温湿观测对预报的贡献。结果表明:(1)同化的观测资料(MWR、WPR、Sound、Synop和Geoamv)均减小了WRF模式12 h预报误差,对预报为正贡献,其中MWR观测对预报的影响最大,WPR风场观测对预报的改进效果优于Sound的风场观测。(2)WPR的U、V观测和MWR的T、Q观测中,V观测和T观测对预报的正贡献值更高,对预报的改进效果更优。(3)WPR和MWR多数高度层的观测均减小了预报误差,对预报为正贡献,其中MWR的T观测对预报的正贡献主要位于近地面800 h Pa以下。

摘要： 背景场误差协方差在资料同化系统中具有非常重要的作用,目前业务变分同化系统中常采用静态背景场误差协方差,未考虑其具体的日变化特征.为构建更为合理且便于业务系统应用的日变化背景误差协方差,本文构建了高分辨率集合预报样本的日变化背景场误差协方差,揭示了其日变化特征,并应用到了CMA-BJ业务系统中,开展了基于业务框架的批量循环同化预报试验.结果表明,背景场误差存在明显的日变化特征,采用集合日变化背景场误差协方差能够改进模式的预报效果.

摘要： 本文针对2006年登陆我国的超强台风"桑美",分别采用美国国家环境预报中心的全球预报系统(Global Forecasting System,GFS)再分析资料和日本气象厅(Japan Meteorological Agency,JMA)区域客观再分析资料作为背景场,利用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)及其三维变分同化系统进行多普勒雷达资料同化和数值模拟试验,考察不同的背景场条件下雷达资料同化对台风初始场、内部结构及其随后确定性预报的影响.结果表明:GFS试验和JMA试验在同化了雷达资料之后分析出的台风700 hPa风场和500 hPa高度场相比其初始场均有所增强,JMA试验在3 h同化窗内的均方根误差和最小海平面气压的改进效果均比GFS试验显著,同时对台风动力和热力结构的改进效果也优于GFS试验;JMA试验对台风降水、路径、强度的预报均优于GFS试验,且能预报出台风前沿的降水,更加接近观测实况.

摘要： 为了改善地面自动气象站观测数据在WRF-DA(the Weather Research and Forecasting Model-Data Assimilation)系统中的同化应用效果,提高数值模式的预报性能,对WRF-DA地面资料同化方案中温度和风速订正方案进行改进,形成地面资料同化更新方案.通过考虑地形高度差异对同化效果的影响,调整同化方案中地面要素由实际地形高度订正到模式高度的同化订正方案,提升地面观测温度及风速订正值的合理性.并进一步分析了2017年7月5日个例试验结果及2017年7月整月的批量试验,发现相比于使用原方案同化后的预报效果,选取更新方案同化地面自动气象站观测资料的模式预报效果在前9h温度和风速的预报误差明显降低,且在24 h预报时效内更新方案对于模式预报均起到改善作用.

摘要： 利用中尺度WRF模式及其3DVAR 同化系统对2014年3 月30 日发生在我国华南地区的一次飑线过程展开多普勒天气雷达资料的同化效果试验研究.首先对雷达资料进行去地物杂波、退速度模糊等预处理,后设计了基于不同雷达观测量的同化试验及同化频次的敏感性试验.结果表明:直接循环同化雷达径向风资料和雷达反射率因子能够增加数值模式中的中小尺度信息,提供可靠的水汽分布;不同的同化频次对同化结果影响显著,每12 min 同化间隔的结果略优于30 min、60 min 同化间隔;同化雷达反射率因子和径向风资料分别对模式的总水场和风场有显著调整,联合同化雷达反射率因子和径向风资料比单独同化反射率因子或径向风更能改善飑线垂直结构配置,促使地面冷池和雷暴高压配合,进一步改善模式对大雨和暴雨量级降水预报效果.

摘要： 为了开展往返平飘式探空组网观测的仿真和模拟,以及评估组网观测对数值天气预报的影响,并实现往返平飘式探空在目标观测中的应用,本文提出了一种基于高分辨率数值天气模式的往返平飘式探空轨迹模拟和预报方法.基于我国自主研发的GRAPES区域高分辨率模式,初步建立了往返平飘式探空的轨迹预报系统.该系统将往返平飘式探空的上升段、平漂段和下降段的轨迹方程,以及下降段降落伞的动力学方程,直接嵌入到高分辨率数值天气模式中,实现对往返平飘式探空轨迹的模拟和预报.利用轨迹预测系统对63个往返平飘式探空轨迹进行轨迹预报试验和评估,试验结果表明,该系统的轨迹预测结果合理可信,6h的轨迹预报平均误差小于40 km.

摘要： 为了推进FY-4A卫星资料在数值模式中的实际应用,本研究选择云导风产品作为研究对象,首先统计了FY-4A高层水汽通道和红外通道云导风的观测误差,进一步基于WRFDA(Weather Research and Forecasting model Data Assimilation system)系统,利用默认观测误差和新观测误差进行了为期一个月的循环同化及预报试验,并分析了试验期间的台风预报效果.结果 表明:相较于默认观测误差,FY-4A云导风产品的新观测误差垂直结构特征更加明显;采用本研究统计的FY-4A云导风观测误差,能够在默认观测误差的基础上改善风场的分析和预报效果;试验期间的两个台风个例分析表明,新观测误差也能够减小台风路径的预报误差.

摘要： 远洋地区缺乏常规观测资源,远海台风的预报主要依托数值预报以及大量卫星资料的同化支持.国外气象卫星和中国风云三号卫星提供了大量海区微波观测资料,但目前中国业务主要基于国外卫星资料开展同化应用,国产卫星尤其FY-3C微波资料的应用还较初步,尚未发挥应有效能.文中立足国产卫星资料在数值预报业务中的应用需求,基于WRF模式及GSI技术框架,构建了FY-3C卫星微波温度计(MWTS-2)资料同化模块,并采用FY-2E静止气象星云图灰度数据进行云检测,然后同化晴空、薄云条件下的MWTS2资料,以剔除降水对辐射模拟精度的影响.采用T511全球分析场资料,对1418号台风进行同化和模拟试验,结果表明,MWTS-2资料同化能较大程度地改善台风路径和强度的预报效果,具有较高同化应用价值和前景.

摘要： 以2014年7月4日-5日发生在长江中下游的梅雨锋暴雨过程为例,开展数值模拟试验,检验基于降水观测变分订正后的雷达反射率同化对模式初值和模拟结果的影响,分析雷达观测资料同化对梅雨锋暴雨模拟的影响.结果表明,雷达资料的同化可有效纠正背景场中的定位误差,改善数值模式对暴雨的模拟,变分订正后的雷达资料同化方案模拟的大暴雨无论在落区和强度均最接近实况,且能改善其他两种方案对暴雨模拟偏强的情况,降水随时间的演变特征更接近实况.通过同化雷达反射率资料,可以很好地模拟强降水时刻的对流单体,且使用变分订正方法的VAR模拟的暴雨系统结构与实况降水演变相一致.

摘要： 资料同化技术中最需要突破的瓶颈是如何将雷达等中小尺度观测资料与常规资料有效的融合.在高分辨率模式中针对不同时间和空间尺度的观测资料采用多步同化分析并以不同方法来同化可以明显改进同化质量并带来强对流降水短临预报性能的改进.降水预报明显优于采用Psi/Chi控制变量，各种尺度资料的同化应同时采用U/V控制变量能得到最好的降水预报效果;采用U/V控制变量同化观测资料后对高空和地面要素的预报保持原来的预报技巧，说明U/V控制变量不仅可用于局地中小尺度资料，而且可以用于常规资料的同化;对背景场误差的变量因子和尺度因子进行合适地调整，将进一步提高降水预报效果。

摘要： 为了改进华南前汛期强降水预报效果,广东省风廓线雷达观测资料的水平风场数据被同化到华南区域中心的循环同化系统中.针对SCMREX期间(即2014年5月)的定量降水预报效果,开展了相应的风廓线雷达资料同化影响的评估工作.

摘要： 台风数值预报的进步很大程度上来自初始化技术水平的提高.以往很多业务部门采用三维变分(3DVAR)的资料同化方法构造初始场,但是3DVAR的背景误差协方差因其各向同性和不随流型变化并不能很好地反映天气系统的实际特征,尤其是TC这类高旋转、非对称、强梯度的系统,因此利用三维变分B矩阵对台风涡旋特别是内核区域进行资料同化往往是无效甚至是起负效果的.随着同化理论的不断发展和计算能力的提高,世界上越来越多的数值预报中心开始使用更先进的同化方法(4DVAR、EnKF、混合同化)来改善模式初始化水平.这三类同化方法的共同特征是能直接或间接考虑当前天气系统的特点,4DVAR通过模式伴随的方式,而EnKF和混合同化则均依靠集合预报提供流依赖的背景误差信息,可统称为集合同化方法.本报告将阐述EnKF和混合同化的基本原理、特点,回顾近年来集合同化的研究进展尤其是在台风模式预报中的应用.还将介绍上海台风研究所基于GSI开发的混合资料同化系统,该系统与WRF模式结合,形成了集合同化、集合预报为一体的台风集合同化预报系统,于2014年起开始应用于台风实时业务预报.

摘要： 本文基于WRF模式及WRF-3DVAR同化系统,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”,比较研究了同化雷达径向速度(Vr)对台风“灿都”(Chanthu)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于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.

摘要： 本文利用华北地区的气象资料和气溶胶观测资料，基于WRF-Chem化学模式和3D-Var资料同化系统，对2015年12月一次大气污染过程进行PM2.5和PMio两类资料的同化试验和模拟预报，验证同化效果，并对其预报效果进行分析改进。

摘要： 本文将基于包含有华北区域地面自动站资料的GTS，AWS和ZSURF三套数据，建立一套完善的自动站资料处理系统，进行数据融合，去除重复和错误信息，进行一定的质量控制;研究自动站的分布特点和观测要素特征，配合数值模式建立自动站数据稀疏化方案，以便减少资料同化时产生的噪声;改进WRFDA中的地面资料同化方案，同时对一些同化参数进行订正，改进数值模式的初值场，进而提高数值模式的预报水平，尤其是对于强对流天气的预报。

摘要： 风廓线雷达资料在数值预报模式中应用,国外已经开展了若干研究工作,由于目前在国内,基于实测资料评估风廓线资料对于提升模式分析和预报效果的研究还不多.针对这个问题,本文设计不同的数值试验模拟2014年3月20日至4月9日的广东前汛期降水过程,将模拟结果与广东4个探空站的观测资料进行对比分析,同时针对单站进行温湿层结预报对比分析,以期量化评估风廓线资料相对于其它常规观测对资料同化和预报的提升作用.

摘要： 利用广东省气象局区域数值天气预报重点实验室高分辨率业务模式GRAPES-MARS V2.0,对2016年10月北部湾海面一次强风过程开展常规资料三维变分同化(3DVAR)数值预报试验.结果表明:GRAPES-MARS能够较好预报该次过程的大尺度环流场,对位势高度场及地面10米风的预报最为稳定;模式预报的北部湾海面风速偏大,同化海面自动站数据能够有效减小风速偏差,但时效仅有5个小时左右,如果仅同化陆地自动站数据将使得北部湾海面风速偏差更大;同化探空资料能够有效减小海面风速偏差,同时同化地面和探空资料在积分24小时后具有更好的预报效果,24(48)小时海面风速平均相对误差比参考试验减小7％(12％);同化地面和探空资料均无法提升模式对北部湾海面风向预报效果,风向预报仍依赖于模式自身预报大尺度天气系统的准确程度.

摘要： 本发明涉及一种用于雷达资料高频同化的Nudging逼近多时刻3DVar分析场方法，该方法包括以下步骤：⑴假设模式在0000 UTC冷启动，以模式经过spin‑up预报后的多时刻预报场为背景场，分别用3DVar方法同化相应时刻的雷达观测资料，得到15 min间隔的分析场；⑵将15 min间隔的分析场中的格点资料从4km网格稀释到16 km网格上，然后将相应时刻雷达观测组合反射率大于等于15 dBZ的点的水平风、温度和相对湿度值以探空资料的格式写出，作为代理探空观测；⑶将代理探空观测的资料通过观测Nudging方法同化到数值预报模式中，然后继续预报得到预报场；⑷对预报场进行预报检验。本发明合理有效，可以更好地利用高分辨率雷达资料，减少高频循环同化虚报的降水，提高强对流天气的预报水平。

摘要： 本发明公开了一种兼容地基GNSS和掩星资料的电离层数据同化观测矩阵构建方法，包括如下步骤：步骤A，计算GNSS卫星‑接收机之间信号传播路径坐标：步骤B，计算信号传播路径与同化区域内离散化网格交叉面的纬度、经度和高度：步骤C，计算传播路径上的所有相交点的位置坐标：步骤D，构建电离层数据同化观测矩阵。本发明提供了的电离层数据同化观测矩阵构建方法，兼顾了地基GNSS和掩星的特点，特别考虑了掩星接收机与GNSS卫星传播路径上纬度和高度变化非单调递增或递减的关系，有效避免了观测矩阵构建过程中射线在网格内的截距求解误差，实现了数据同化观测矩阵的准确估计。

摘要： 本发明公开一种基于变分同化框架的智能资料同化方法，S1用同化窗前半部分数据进行分析，用后半部分数据修正同化时间窗[t

摘要： 本发明卫星闪电成像仪资料同化技术领域，具体为一种闪电成像仪资料同化方法，包括有如下步骤：S1.风云四号卫星闪电成像仪资料模式网格化；S2.风云四号卫星云顶高度资料模式网格化；S3.创建伪相对湿度场；S4.得到分析场；S5.数值模式预报；S6.预报检验；本发明在风云四号卫星闪电成像仪资料同化过程中引入云顶高度新的观测资料，通过对背景场中相对湿度的调整，得到接近观测的伪相对湿度场，利用计算经济和便于业务化的3DVAR同化系统将伪相对湿度场同化进数值模式。试验结果表明，同化试验明显地改进数值模式对强降水的预报，提高1小时累积降水的ETS和FSS评分，预报维持时效可达6小时。

摘要： 本发明公开一种基于变分同化框架的智能资料同化方法，S1用同化窗前半部分数据进行分析，用后半部分数据修正同化时间窗[t1,tn]中间的分析场，确定当前时刻的分析场的优化，S2使用第一个多层感知器替换同化的过程，根据历史和未来的数据分析并得到S3将之前的训练数据集与叠加，训练下一个多层感知器，得到相当于在一个数据同化周期内模拟预测模型进行短期预测；S4进行迭代训练，重复S2与S3的过程，在ct前的环节中，每一个环节都会生成一个新的来替换之前的形成新的训练数据集，直到ct前的被完全替换，后面的训练数据集中的背景信息只由提供。

摘要： 本发明公开一种面向资料同化的风廓线雷达风场资料质量控制方法，包括以下步骤：S1、统计风廓线雷达u、v风场相对于大尺度模式背景风场的月平均标准差；S2、统计风廓线雷达u、v风场相对于大尺度模式背景风场的月平均相关系数；S3、统计有降水情形下风廓线雷达u、v风场相对于大尺度模式背景风场的年平均标准差；S4、基于月平均标准差和月平均相关系数的风廓线雷达高可信度区间的确定；S5、有降水情形下风廓线雷达u、v风场高可信度区间的确定；S6、计算风廓线雷达逐时数据获取率；S7、风廓线雷达u、v风场质量控制。本发明便于不同风廓线雷达站风场资料得到更加充分有效的识别，既减少雷达资料不必要的损失，又将质量差的数据进一步剔除。

摘要： 本发明公开了一种基于水流资料同化的长江干线船舶排放清单生成方法，该方法包括：1)面向排放计算的长江干线特征航段划分方法；2)基于水文资料同化的长江干线流场特征库构建方法；3)船舶废气排放拟合模型库构建方法；4)船舶航行轨迹排放量快速查询与计算方法；5)长江干线船舶年度排放清单生成方法。本发明的有益效果为：将长江干线分为若干特征航段，选取典型流量水位分组样本分别进行流场模拟，获得长江干线流场特征库，拟合构建船舶废气排放拟合模型库，利用船舶航行轨迹排放量计算得到每一船舶航行轨迹的排放量，汇总获得长江干线排放总量，统计分析得到长江干线船舶年度排放清单，相比现有技术计算过程更简单，更省时。

摘要： 本公开提供一种气象资料同化方法、装置、设备、可读存储介质及产品，方法包括：获取至少一种观测内容对应的目标观测向量，确定目标观测向量对应的观测误差矩阵；获取非结构化网格模式下的三维大气变量背景场，并将其重映射至预设的结构型网格，获得背景场向量，根据预设的全球背景误差、三维大气变量背景场确定背景误差矩阵；根据目标观测向量、观测误差矩阵、背景场向量、背景误差矩阵以及观测算子进行代价函数极小化迭代计算，获得结构型网格数据；对结构型网格数据进行逆向网格重映射操作，获得非结构化网格模式初始化所需的目标数据结构。实现对非结构化网格数值模式气象数据的资料同化操作，使得气象数据的同化操作更加贴合行业前沿需求。

摘要： 本发明涉及一种基于大气稳定度拟合订正温湿廓线的闪电资料同化方法，包括：(1)读入模式网络点上闪电频数；(2)判断模式网络点上是否有闪电发生，若有闪电发生则进行(3)，若否则返回步骤(1)；(3)利用闪电频数得到修改后的大气的稳定度；(4)利用稳定度反演得到大气温度、湿度廓线，并对大气温度、湿度廓线进行调整；(5)输出调整后的相对湿度,并转换未little_r格式。本发明可以大幅度增加和改善数值模式中大气稳定度特征，更好反映大气的温度、湿度的廓线，大大增加了对高空温、湿探测信息，填补了地面气象站对高层水气含量信息的空白及探空数据频次偏少不及时的缺陷。

摘要： 本发明公开了一种自动生成适用于闪电等多种资料同化预报的装置，包括：作业时间自动提取模块；资料收取模块；预处理、资料同化和模式预报的动态作业流程自动生成模块；动态作业脚本运行模块；所述作业时间自动提取模块用于获取计算机机器时间并转换为模式起报时间、设置预报时效参数；所述资料收取模块用于根据前述模块提供的模式起报时间和预报时效参数自动收取全球模式预报场、闪电、其他探测资料；所述预处理、资料同化和模式预报的动态作业流程自动生成模块由资料统计子模块、动态同化策略和系统流程脚本自动生成子模块构成。本发明的装置实现闪电资料同化方法的实际应用和动态同化策略自动生成，从而有效降低数值预报系统的运行故障率。