检索结果-内蒙古大学图书馆

气象学报 2024年第5期82卷 709-720页

作者：王凡龚建东王瑞春陈耀登南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081

随流型演变的变量间背景误差协方差特征非常重要,而变分系统中传统气候背景误差很难描述这些信息。虽然四维变分同化(4DVar)能通过切线性和伴随模式隐式演变初始背景误差协方差,但其存在开发维护复杂、计算成本昂贵等问题,而且在高精度... 详细信息

随流型演变的变量间背景误差协方差特征非常重要,而变分系统中传统气候背景误差很难描述这些信息。虽然四维变分同化(4DVar)能通过切线性和伴随模式隐式演变初始背景误差协方差,但其存在开发维护复杂、计算成本昂贵等问题,而且在高精度可扩展全球大气模式中尤为突出。为规避切线性和伴随模式,将四维集合预报误差引入CMA全球资料同化系统,发展了H-4DEnVar同化方案,开展批量循环同化及其预报试验和台风预报试验,并与4DVar方案对比。批量预报试验表明,四维集合预报误差的引入改善了分析场,显著提高了同化系统的全球预报能力;台风预报试验表明,H-4DEnVar中随流型演变的背景误差是台风路径预报误差减小的主要原因;与4DVar对比发现,考虑集合预报误差IO成本情况下,H-4DEnVar以4DVar 26%计算成本表现出基本相当的预报能力。H-4DEnVar同化方案在规避切线性和伴随模式的同时表现出了良好的同化预报效果,为在不使用切线性和伴随模式情况下实现四维同化提供了参考。

关键词：切线性和伴随模式背景误差协方差 4DVar 集合预报误差 H-4DEnVar

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GRAPES全球混合四维变分同化系统的方法研究

GRAPES全球混合四维变分同化系统的方法研究

引用

作者：王凡南京信息工程大学

学位级别：硕士

随流型演变的变量间背景误差协方差特征非常重要,而变分系统中传统气候背景误差很难描述这些信息。虽然4DVar能通过切线性和伴随模式隐式演变初始背景误差协方差,但其存在开发维护复杂、计算成本昂贵等问题,而且在高精度可扩展全球大气... 详细信息

随流型演变的变量间背景误差协方差特征非常重要,而变分系统中传统气候背景误差很难描述这些信息。虽然4DVar能通过切线性和伴随模式隐式演变初始背景误差协方差,但其存在开发维护复杂、计算成本昂贵等问题,而且在高精度可扩展全球大气模式中尤为突出。为了规避切线性和伴随模式,本文将四维集合预报误差引入GRAPES全球资料同化系统中,构建了H-4DEnVar同化系统。随后基于该同化系统开展了批量循环同化及其预报试验和台风个例试验,并与4DVar系统进行对比,最后探讨了初始化方案及其正弦函数加权对H-4DEnVar系统分析和预报效果的影响,主要工作内容和总结如下: (1)本文基于GRAPES全球同化系统进行关键技术研究,将四维集合预报误差引入四维变分同化框架中,构建了规避切线性和伴随模式的H-4DEnVar同化系统。随后基于该同化系统开展了一系列试验,单点试验表明该同化系统具有明显的随流型演变特征并且能够抑制虚假的温度增量,批量试验表明该同化系统显著提高了GRAPES全球四维变分框架在全球的分析和预报能力,台风个例试验表明四维背景误差协方差能够明显减小台风路径预报误差,对变化剧烈的天气系统描述更为准确。 (2)为了探究两种四维资料同化方案的差异,本文将H-4DEnVar与4DVar系统进行对比。试验表明基于H-4DEnVar和4DVar的GRAPES全球模式的分析和预报能力基本相当,代价函数观测项的收敛情况相近,但H-4DEnVar系统需要的计算资源远远小于4DVar,更具成本效益。两种四维同化系统的差异主要与集合样本间隔、集合样本数量以及模式不平衡等问题有关。 (3)为抑制H-4DEnVar系统在预报过程中激发的虚假重力波,本文基于IAU初始化方案进一步发展了4DIAU初始化方案,并应用到了H-4DEnVar系统中。试验表明4DIAU方案可以有效抑制虚假重力波,减小分析误差,明显改善南半球和赤道地区的预报场,并且4DIAU方案对分析变量的抑制比IAU方案更弱。随后基于4DIAU方案对正弦函数加权展开了研究,试验表明截止时间的缩短比正弦函数加权的效果更好,这是因为后者对长波的阻尼较大,这也说明了集合样本频次是影响本研究中4DIAU方案的重要原因。同时本文发现将权重向集合预报误差样本时刻靠近的思路能够进一步提高4DIAU方案在南半球的预报能力。

关键词：切线性和伴随模式背景误差协方差 4DVar 集合预报误差 H-4DEnVar

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