GRAPES区域集合预报模式空间ETKF初始扰动方案的发展与优化

发布时间：2022-10-11 16:35

　　为改善 GRAPES （Global and Regional Assimilation and Prediation System）区域集合预报初始扰动场的质量,准确刻画中小尺度天气系统预报误差结构特征,提高区域集合预报水平,本文在GRAPES区域集合预报等压面ETKF （集合转换卡尔曼滤波）初始扰动方案的基础上,首先引入对流层低层大气运动信息对原方案进行优化,发展建立了与GRAPES m3DVAR系统完全一致的模式空间mETKF初始扰动方案,解决了现有等压面ETKF初始扰动方案与模式空间同化系统不协调的问题,从而更好地改善了集合扰动质量及其随预报时效增长的合理性。试验结果表明,吸收对流层低层大气运动信息后的初始扰动方案,更加合理地反映了低层中小尺度大气运动特征,显著提高了区域集合预报初始场质量。模式空间mETKF初始扰动方案对各模式物理量预报结果均有明显改善,新方案的集合预报性能在一定程度上得到提高。主要研究结论如下:（1）引入低层大气信息的ETKF初始扰动方案,能够合理地捕捉低层中小尺度天气系统的扰动信息、准确地描述中小尺度天气系统预报误差的结构特征;较好地改善了集合离散度,体现... 

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 集合预报的发展及应用
    1.2 集合预报初始扰动的研究
    1.3 集合预报偏差订正及释用
    1.4 集合预报面临的问题与发展前景
    1.5 论文主要内容和创新点
        1.5.1 论文研究目的和创新点
        1.5.2 论文章节安排
第二章 GRAPES区域集合预报系统
    2.1 数值预报模式
        2.1.1 GRAPES模式动力框架
        2.1.2 GRAPES物理参数化方案
    2.2 三维变分同化系统
    2.3 GRAPES区域集合预报系统及初始扰动方案
第三章 模式空间ETKF初始扰动方案
    3.1 ETKF初始扰动原理
    3.2 模式空间扰动方案的构建
        3.2.1 ETKF垂直坐标的变换
        3.2.2 观测算子的构造
        3.2.3 湿度扰动和垂直大气信息的优化
        3.2.4 真实资料的引入和观测误差的变化
第四章 低层大气对GRAPES区域集合预报质量的影响
    4.1 试验方案设计及资料
    4.2 个例试验分析
    4.3 批量试验结果分析
        4.3.1 集合离散度与均方根误差
        4.3.2 Talagrand分布与CRPS评分
        4.3.3 集合预报的可辨识度与可信度
        4.3.4 异常值(Outliers)评分
    4.4 结论与讨论
第五章 mETKF初始扰动方案的批量试验
    5.1 mETKF初始扰动的试验方案及资料
    5.2 批量试验结果分析
        5.2.1 集合扰动特征分析
        5.2.2 集合离散度与均方根误差
        5.2.3 Talagrand分布与CRPS评分
        5.2.4 集合预报的可辨识度与可信度
        5.2.5 异常值(Outliers)评分
    5.3 结论与讨论
第六章 总结与讨论
    6.1 总结
    6.2 问题及讨论
参考文献
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于卡尔曼滤波递减平均算法的集合预报综合偏差订正[J]. 马旭林,时洋,和杰,计燕霞,WANG Yong.  气象学报. 2015(05)
[2]基于集合卡尔曼变换的目标观测敏感区识别系统优化及影响试验[J]. 马旭林,于月明,姜胜,李炬.  大气科学学报. 2014(06)
[3]基于大尺度模式产品的误差订正与统计降尺度气象要素预报技术[J]. 佟华,郭品文,朱跃建,王东勇,刘志丽,陈国华,李莉,盛黎.  气象. 2014(01)
[4]区域集合预报系统2m温度预报的校准技术[J]. 王敏,李晓莉,范广洲,李泽椿.  应用气象学报. 2012(04)
[5]GRAPES集合卡尔曼滤波资料同化系统Ⅰ:系统设计及初步试验[J]. 庄照荣,薛纪善,李兴良.  气象学报. 2011(04)
[6]NCEP、ECMWF及CMC全球集合预报业务系统发展综述[J]. 麻巨慧,朱跃建,王盘兴,段明铿.  大气科学学报. 2011(03)
[7]基于集合卡尔曼变换的区域集合预报初步研究[J]. 龙柯吉,陈静,马旭林,纪永明.  成都信息工程学院学报. 2011(01)
[8]T213全球集合预报系统性误差订正研究[J]. 李莉,李应林,田华,崔波.  气象. 2011(01)
[9]基于TIGGE资料识别适应性观测敏感区的应用研究[J]. 赵晓琳,朱国富,李泽椿.  应用气象学报. 2010(04)
[10]基于TIGGE资料的地面气温多模式超级集合预报[J]. 林春泽,智协飞,韩艳,王靖宇.  应用气象学报. 2009(06)

硕士论文
[1]中尺度模式不确定性与初值扰动试验研究[D]. 王太微.中国气象科学研究院 2008



本文编号：3690912