WRF-Hybrid背景误差协方差调整在台风同化及预报中的应用研究

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。     

Evaluation of the Historical Sampling Error for Global Models

Various ensemble-based schemes are employed in data assimilation because they can use the ensemble to estimate the flow-dependent background error covariance. The most common way to generate the real-time ensemble is to use an ensemble forecast; however, this is very time-consuming. The historical sampling approach is an alternative way to generate the ensemble,by picking some snapshots from historical forecast series.With this approach, many ensemble-based assimilation schemes can be used in a deterministic forecast environment. Furthermore, considering the time that it saves, the method has the potential for operational application.However, the historical sampling approach carries with it a special kind of sampling error because, in a historical forecast, the way to integrate the ensemble members is different from the way to integrate the initial conditions at the analysis time(i.e., forcing and lateral boundary condition differences, and ‘warm start' or ‘cold start' differences). This study analyzes the results of an experiment with the Global Regional Assimilation Prediction System-Global Forecast System(GRAPES-GFS), to evaluate how the different integration configurations influence the historical sampling error for global models. The results show that the sampling error is dominated by diurnal cycle patterns as a result of the radiance forcing difference.Although the RMSEs of the sampling error are small, in view of the correlation coefficients of the perturbed ensemble, the sampling error for some variables on some levels(e.g., low-level temperature and humidity, stratospheric temperature and geopotential height and humidity), is non-negligible. The results suggest some caution must be applied, and advice taken, when using the historical sampling approach.     

伊犁河谷汛期一场短时强降水雨滴谱特征分析

利用常规地面、高空资料、新一代天气雷达资料、雨滴谱资料,对2012年8月3日发生在伊犁河谷的一次较大范围暴雨的天气背景、雷达回波特征和降雨微物理特征等进行深入分析。结果表明,200hPa西西伯利亚西风槽、500hPa中亚低涡和地面冷锋是这次强降雨过程的主要影响系统。河谷喇叭口地形对气流的机械挤压、东高西低地形对对流的触发、地形强迫抬升对对流和降水的增强具有重要影响。这场降水过程属于积层混合云降水,其中大面积的层状云中嵌有多个对流云团,这些云团连接在一起就构成了对流性雨带,通过对暴雨雨滴谱演变分析得出,这次暴雨主要降水由对流性云团造成,对流云团微物理结构存在明显的不均匀性,其中存在多个强降水中心,其水平尺度多维持在10km左右,持续时间维持在5分钟到10分钟之内,降水集中且雨滴数浓度较高,一般在1000m-1个以上,雨滴谱宽及分布差异很大,小于1mm粒子数浓度很高,对雨强的贡献占两成以上。     

Hybrid ETKF-3DVAR方法同化多普勒雷达速度观测资料Ⅰ:模拟资料试验

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Hybrid S试验与Hybrid F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显著。     

四套土壤湿度再分析数据在中国西北东部—华北—江淮地区的适用性研究

基于1992~2010年全国778个农业气象站土壤湿度观测资料、ERA-Interim、JRA55、NCEP-DOE R2和20CR土壤湿度再分析资料,通过平均差值、相关系数、差值标准差、标准差比四个参数,利用Brunke排名方法和EOF(Empirical Orthogonal Function)分析,对四套土壤湿度再分析资料在中国西北东部—华北—江淮区域的适用性进行了分析。主要结论如下:不同季节的平均偏差空间分布上,JRA55资料同观测数据的平均偏差在±0.08m~3 m~(-3)之间,春、夏季西北东部JRA55土壤湿度偏小,ERA-Interim、NCEP-DOE R2、20CR资料较观测数据偏湿,华北南部、江淮地区平均偏差小于西北东部、华北北部。在年际变化上,各个季节ERA-Interim资料同观测资料最为接近,能稳定地再现西北东部、华北、江淮地区土壤湿度干湿变化趋势,反映出重要的旱涝年。整体而言,四套再分析资料中ERA-Interim资料同观测资料接近,JRA55、NCEP-DOE R2资料次之,20CR资料最差。     

气象科技服务的当前形势分析

从市场的角度介绍国内外气象科技服务的现状,分析我国气象科技服务存在的问题和面临的形势,提出应对策略和建议。     

沙尘暴常规观测资料中若干问题的解析

沙尘暴常规观测资料主要来自地面气象观测系统,是揭示沙尘暴的时空分布特征和变化规律的重要基础,其内在属性明显地受到地面气象观测规范和统计规范的制约,而且同样明显地受到两个规范变革的影响,但是这些问题在以往的沙尘暴研究中没有引起足够的重视,常常被忽视掉了,因此最终形成了一些似是而非的认识.该文从中国沙尘暴的观测规范和统计规范入手,探讨了其变革对沙尘暴内在统计特征的影响.另外,文章还分析了沙尘暴与其它沙尘天气的同日出现问题,以及沙尘暴资料时间序列的统计分布特征.     

我国气象科学数据发布策略初步研究

气象科学数据发布策略的研究是气象科学数据共享工作有效展开的重要保障.该文在国内外气象科学数据发布政策分析和制订气象科学数据共享发布策略原则的基础上,就气象科学数据发布方式和影响因子从气象科学数据发布方式、气象科学数据发布方式的影响因子、气象科学数据发布模式和发布策略概念模型、气象科学数据共享分类分级、共享用户分级、气象科学数据共享发布技术方式和途径等诸方面简明地介绍了我国气象科学数据发布策略研究的主要观点和意见,使读者对我国气象科学数据发布策略有一个比较全面的了解.     

EXCEL VBA程序设计及在气象计量数据处理中的应用

利用EXCEL强大的数据处理功能,并结合EXCELVBA的特点进行程序设计,实现自动处理数据,自动生成原始数据报表以及计量器具的检定证书,大大提高了数据处理的效率和准确度。     

NOAA卫星沙尘暴光谱特征分析及信息提取研究

通过对2000—2002年多次沙尘暴过程NOAA卫星AVHRR资料的分析,研究了沙尘、云、沙漠、戈壁、积雪、裸地、植被等不同目标物的光谱特性,发现沙尘暴在AVHRR-2中各通道均有不同程度的反映。1,2通道中沙尘的反射率较高(介于云和沙漠之间);4,5通道的亮温低于晴空地表高于云;在3通道中沙尘表现的很独特,其亮度温度为所有研究目标物中最高的,表明通道3包含较多的沙尘信息,AVHRR-3取代AVHRR-2后对监测沙尘有不利影响。在此基础上提出定量提取沙尘信息的两种沙尘判识指数,并利用沙尘判识指数成功地提取多次沙尘暴过程的沙尘信息。结果表明：利用多通道组合沙尘判识指数能够对沙尘信息进行有效提取。