全球变分资料同化中动力平衡约束方案的设计与应用
发布时间：2021-06-03 19:05
在变分资料同化框架的科学设计中,采用合理的动力平衡约束方案将不同分析变量联系到一起,对于保证分析场的平衡、提高观测使用效率、改善极小化问题的性状均有着十分重要的作用。我国自主研发的全球GRAPES变分资料同化（GRAPES-Var）框架在动力平衡约束方案设计中仍存在较多问题,阻碍了GRAPES整体同化、预报性能的提升。为此,展开动力平衡约束方案设计的研究,并将结果应用到GRAPES-Var中去具有重要的科学与现实意义。在变分资料同化框架中,常采用根据准地转理论简化得到的线性（或非线性）平衡方程来约束变量间的协同变化。这些平衡方程在全球变分框架中应用时存在两个突出问题：一方面,为保证计算效率,常用的平衡方程都是二维逐层求解,未充分考虑大气的垂直连续性,容易造成相邻层次上变量分析的不连续；另一方面,这些平衡方程在热带地区并不适用,会造成虚假平衡。本文依托GRAPES系统,针对这两个突出问题展开研究,并寻找合理的解决方案,主要内容和结论总结如下：1为克服逐层求解动力平衡约束的不足,本文在GRAPES-Var中引入了统计气候态平衡约束——整层统计方案。该方案考虑了不同层次上变量之间的相关,利用...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２预报误差协方差矩阵结构示意图??：Ｍ，Ｖ，，ｒ风、风、压，，
化＝?Ｕｐ（ＵｈＵｖ）ｗ．?（１．１５）??上述变换对Ｂ矩阵简化的过程可参见图１－４。??１．４变分预处理中引入动力平衡约束的硏巧进展??１乂１独立分析巧的选取??在控制变量变换中，理想的独立分析变量（姑Ｕ）间应完全独立，这在实际框架中??难！＾实现。实际框架试图找一姐变量使它们之间的预报误差交叉协相关尽可能小，并忽??略剩余的相关，然后将这组变量作为独立分析变量。为了达到上述目标，Ｕｐ变换先选择??一个能表征大气主要平衡模态的变量作为紀Ｕ的第一个独立分析变量，然后依次将其余??分析变量投影到己选择的独立分析变量上去，并将其剩余部分作为下一个独立分析变量??（Ｐａｒｒｉｓｈ?ａｎｄ?Ｄｅｒｂｅｒ，１９９２；?Ｂｏｕｔｔｉ巧?ａｎｄ?Ｃｏｕｒｔｉｅｒ，?１９９９；?Ｌｏｒｅｎｃ?ｅｔ?ａｌ．，２００３）。??１３??
注：左侧为辅助等压面方案Ｉ右侧为整层统计方案，绅度分别为，（ａ）、作）：４５．５°Ｎ，；似、州：??５．５°Ｎ?（单位：ｍ／ｓ）??首先，我们考察辅助等压面方案的反复插值对温度同化分析的影响。图３－５给出了??辅助等压面方案、单层统计方案和整层统计方案这Ｈ个方案在模式第０整层（地面）上??位温的分析结果。可Ｗ看到Ｉ由于在部分格点上出现了误差不可控的外插，辅助等压面??方案的位温分析存在着许多孤立的异常点，并主要分布在青藏高原等大地形处。而两个??统计方案直接在模式面上汁算风压场之间的平衡，均没有这样的异常。??４７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]近10年中国现代天气预报的发展与应用[J]. 李泽椿,毕宝贵,金荣花,徐枝芳,薛峰. 气象学报. 2014(06)
[2]数值天气预报中集合-变分混合资料同化及其研究进展[J]. 马旭林,陆续,于月明,朱金焕,陈静. 热带气象学报. 2014(06)
[3]GRAPES全球变分同化背景误差协方差的改进及对分析预报的影响:背景误差协方差三维结构的估计[J]. 王金成,庄照荣,韩威,陆慧娟. 气象学报. 2014(01)
[4]变分质量控制在区域GRAPES-3DVAR中的应用研究[J]. 郝民,张华,陶士伟,龚建东. 高原气象. 2013(01)
[5]GRAPES变分同化系统中动力平衡约束的统计求解[J]. 王瑞春,龚建东,张林. 应用气象学报. 2012(02)
[6]GTS1型、GTS1-1型、GTS1-2型探空仪性能试验与对比分析[J]. 郭启云,李伟,张玉存,刘凤琴,赵培涛. 气象水文海洋仪器. 2012(01)
[7]59型与L波段探空仪温度和位势高度记录对比[J]. 马颖,姚雯,黄炳勋. 应用气象学报. 2010(02)
[8]用有限区域风速场准确求解流函数和速度势场的方法[J]. 朱宗申,朱国富,张林. 大气科学. 2009(04)
[9]GRAPES非静力数值预报模式的三维变分资料同化系统的发展[J]. 马旭林,庄照荣,薛纪善,陆维松. 气象学报. 2009(01)
[10]GRAPES新一代全球/区域变分同化系统研究[J]. 薛纪善,庄世宇,朱国富,张华,刘志权,刘艳,庄照荣. 科学通报. 2008(20)
博士论文
[1]GRAPES短临预报的云初始场形成与雷达VAD质控的关键技术研究[D]. 朱立娟.中国气象科学研究院 2012
本文编号：3211075
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２预报误差协方差矩阵结构示意图??：Ｍ，Ｖ，，ｒ风、风、压，，
化＝?Ｕｐ（ＵｈＵｖ）ｗ．?（１．１５）??上述变换对Ｂ矩阵简化的过程可参见图１－４。??１．４变分预处理中引入动力平衡约束的硏巧进展??１乂１独立分析巧的选取??在控制变量变换中，理想的独立分析变量（姑Ｕ）间应完全独立，这在实际框架中??难！＾实现。实际框架试图找一姐变量使它们之间的预报误差交叉协相关尽可能小，并忽??略剩余的相关，然后将这组变量作为独立分析变量。为了达到上述目标，Ｕｐ变换先选择??一个能表征大气主要平衡模态的变量作为紀Ｕ的第一个独立分析变量，然后依次将其余??分析变量投影到己选择的独立分析变量上去，并将其剩余部分作为下一个独立分析变量??（Ｐａｒｒｉｓｈ?ａｎｄ?Ｄｅｒｂｅｒ，１９９２；?Ｂｏｕｔｔｉ巧?ａｎｄ?Ｃｏｕｒｔｉｅｒ，?１９９９；?Ｌｏｒｅｎｃ?ｅｔ?ａｌ．，２００３）。??１３??
注：左侧为辅助等压面方案Ｉ右侧为整层统计方案，绅度分别为，（ａ）、作）：４５．５°Ｎ，；似、州：??５．５°Ｎ?（单位：ｍ／ｓ）??首先，我们考察辅助等压面方案的反复插值对温度同化分析的影响。图３－５给出了??辅助等压面方案、单层统计方案和整层统计方案这Ｈ个方案在模式第０整层（地面）上??位温的分析结果。可Ｗ看到Ｉ由于在部分格点上出现了误差不可控的外插，辅助等压面??方案的位温分析存在着许多孤立的异常点，并主要分布在青藏高原等大地形处。而两个??统计方案直接在模式面上汁算风压场之间的平衡，均没有这样的异常。??４７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]近10年中国现代天气预报的发展与应用[J]. 李泽椿,毕宝贵,金荣花,徐枝芳,薛峰. 气象学报. 2014(06)
[2]数值天气预报中集合-变分混合资料同化及其研究进展[J]. 马旭林,陆续,于月明,朱金焕,陈静. 热带气象学报. 2014(06)
[3]GRAPES全球变分同化背景误差协方差的改进及对分析预报的影响:背景误差协方差三维结构的估计[J]. 王金成,庄照荣,韩威,陆慧娟. 气象学报. 2014(01)
[4]变分质量控制在区域GRAPES-3DVAR中的应用研究[J]. 郝民,张华,陶士伟,龚建东. 高原气象. 2013(01)
[5]GRAPES变分同化系统中动力平衡约束的统计求解[J]. 王瑞春,龚建东,张林. 应用气象学报. 2012(02)
[6]GTS1型、GTS1-1型、GTS1-2型探空仪性能试验与对比分析[J]. 郭启云,李伟,张玉存,刘凤琴,赵培涛. 气象水文海洋仪器. 2012(01)
[7]59型与L波段探空仪温度和位势高度记录对比[J]. 马颖,姚雯,黄炳勋. 应用气象学报. 2010(02)
[8]用有限区域风速场准确求解流函数和速度势场的方法[J]. 朱宗申,朱国富,张林. 大气科学. 2009(04)
[9]GRAPES非静力数值预报模式的三维变分资料同化系统的发展[J]. 马旭林,庄照荣,薛纪善,陆维松. 气象学报. 2009(01)
[10]GRAPES新一代全球/区域变分同化系统研究[J]. 薛纪善,庄世宇,朱国富,张华,刘志权,刘艳,庄照荣. 科学通报. 2008(20)
博士论文
[1]GRAPES短临预报的云初始场形成与雷达VAD质控的关键技术研究[D]. 朱立娟.中国气象科学研究院 2012
本文编号：3211075
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qxxlw/3211075.html
