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GRAPES_GFS 2.0模式非系统误差评估 预览
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作者 张萌 于海鹏 +4 位作者 黄建平 沈学顺 苏勇 薛海乐 窦宝成 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2019年第3期332-344,共13页
选取2014年1月、4月、7月、10月的GRAPES_GFS 2. 0预报产品和对应时刻的NCEP FNL分析资料进行对比。从时间演变看,南、北半球的非系统误差均在各自冬季达到极盛,误差呈现周期性变化规律。位势高度场的非系统误差随时间演变先呈指数增长... 选取2014年1月、4月、7月、10月的GRAPES_GFS 2. 0预报产品和对应时刻的NCEP FNL分析资料进行对比。从时间演变看,南、北半球的非系统误差均在各自冬季达到极盛,误差呈现周期性变化规律。位势高度场的非系统误差随时间演变先呈指数增长,后呈线性增长,温度场和纬向风场的误差则近似于线性增长。从空间分布看,GRAPES_GFS 2.0的非系统误差大值主要分布在中高纬度地区,呈条带状分布,误差大值区域基本不随预报时效的变化而发生变化;位势高度场和纬向风场的误差大值区出现在对流层顶附近,而温度场的误差大值区则出现在边界层顶附近。将误差增长曲线参数化拟合后发现,南半球的初始场误差、可预报上限和初始场误差占比均高于北半球,随离地高度增加初始场误差占比逐渐减小。 展开更多
关键词 GRAPES_GFS 2.0 非系统误差 空间分布 时间演变
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14:00加密探空对区域数值预报系统的影响研究
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作者 王丹 徐枝芳 +1 位作者 王瑞文 张利红 《高原气象》 CSCD 北大核心 2019年第4期872-886,共15页
基于2014年6月全国14:00(北京时,下同)加密探空观测资料,设计了观测系统模拟试验(Observing System Simulation Experiments,OSSEs)和实际加密探空同化试验(Observing System Experiments,OSEs)来评估14:00加密探空对区域数值预报系统... 基于2014年6月全国14:00(北京时,下同)加密探空观测资料,设计了观测系统模拟试验(Observing System Simulation Experiments,OSSEs)和实际加密探空同化试验(Observing System Experiments,OSEs)来评估14:00加密探空对区域数值预报系统的影响,并对14:00加密探空的观测布局进行了初步探索。结果表明:(1)理想模拟试验和实际同化试验中加入14:00加密探空对于提高区域模式的降水预报准确率均有积极影响,降水预报技巧评分在强降水量级提高更为明显,14:00起报结果优于20:00。(2)理想模拟试验中同化14:00加密探空能有效调整模式初始场中的动力、热力场结构和水汽分布,从而与"实况"更为接近。实际同化试验中增加14:00探空观测能修正模式风场,但对于温度和湿度分析在模式中低层略有负贡献,探空的湿度、温度观测本身存在观测偏差是一个可能的原因。(3)从观测布局来看,14:00加密探空对于数值预报具有基础作用,目前而言,GPS/PW等非常规资料不能取代14:00加密探空。综合考虑探空气球的施放成本,采用探测高度到300 h Pa、重点区域加密是一种经济的14:00增加高空观测方式。 展开更多
关键词 加密探空 资料同化 数值影响 观测布局
基于FY-4A卫星探测区域模式背景误差和观测误差估计的长波红外通道选择研究 预览
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作者 尹若莹 韩威 +1 位作者 高志球 王根 《气象学报》 CSCD 北大核心 2019年第5期898-910,共13页
中国新一代静止气象卫星风云四号A星(FY-4A)上搭载的干涉式大气垂直探测仪GIIRS (Geostationary Interferometric Infrared Sounder)是世界上首台在静止轨道运行的高光谱红外探测仪器,拥有1650个通道,其中长波通道689个,中波通道961个... 中国新一代静止气象卫星风云四号A星(FY-4A)上搭载的干涉式大气垂直探测仪GIIRS (Geostationary Interferometric Infrared Sounder)是世界上首台在静止轨道运行的高光谱红外探测仪器,拥有1650个通道,其中长波通道689个,中波通道961个。由于计算机存储能力、数据传输和变分同化时效性等限制,目前很难在业务环境中同化全部通道,并且多通道卫星信息往往存在一定的空间相关和光谱相似,故在实际应用中必须降低高光谱资料的通道维数,去除数据冗余和观测相关性,挑选出对特定目标起主要作用的通道子集,进而利用有限的通道来最大限度地提供观测信息。考虑GRAPES (Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System)数值预报系统估计得到的FY-4A观测范围内的背景误差协方差矩阵,并且在GIIRS观测误差后验重估计的基础上,结合通道权重函数峰值和信息熵分步迭代法对其长波通道进行了通道选择研究和试验。结果表明,在给定选择通道个数时,权重函数法和信息熵方法得到的通道组合进行温度和湿度误差分析时误差整体比单一方法小,在给定通道个数(40个)少于单一方案(50个)时,误差分析结果相当。GIIRS最优通道选择的研究为该资料的同化应用建立了基础。 展开更多
关键词 风云四号A星(FY-4A) 干涉式大气垂直探测仪 通道选择 背景误差协方差 观测误差
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GRAPES全球奇异向量方法改进及试验分析 预览 被引量:1
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作者 李晓莉 刘永柱 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期552-562,共11页
基于总能量模的奇异向量扰动常用于构造集合预报的初始条件。以建立GRAPES(Global and Regional Assimilation PrEdiction System)全球集合预报系统为目的,基于前期研发的GRAPES全球模式奇异向量方法,在GRAPES全球切线性模式和伴随模式... 基于总能量模的奇异向量扰动常用于构造集合预报的初始条件。以建立GRAPES(Global and Regional Assimilation PrEdiction System)全球集合预报系统为目的,基于前期研发的GRAPES全球模式奇异向量方法,在GRAPES全球切线性模式和伴随模式2.0版的框架下,开展了引入线性化边界层方案来改善奇异向量结构,并提高奇异向量计算效率的研究。通过连续试验,从奇异向量的扰动能量结构、扰动能量谱及扰动空间分布等方面,综合分析改进GRAPES全球奇异向量的结构及演变特征。试验结果表明,改进后的GRAPES奇异向量方法有效抑制了之前扰动能量在近地面层不合理的快速增长,同时,奇异向量最优扰动的结构更客观地体现了中高纬度区域大气初始条件中的斜压不稳定扰动及其演变,如在初始时刻奇异向量扰动能量主要位于对流层中层,并呈现出随高度向西倾斜的大气斜压特征;经过线性化演变,扰动能量向较大水平尺度转移,并在垂直结构上表现出向对流层高层上传及向对流层低层下传的特征等。针对GRAPES奇异向量迭代求解中伴随模式计算耗时为主的情况,改进伴随模式中广义共轭余差方案的调用方式,并采用大内存存储法来提高其计算效率,进而将奇异向量总计算时间缩短了25%。总之,改进后的GRAPES奇异向量方法,可应用于构建面向业务应用的GRAPES全球集合预报系统。 展开更多
关键词 奇异向量 线性化边界层方案 GRAPES模式 切线性模式
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利用GABLS2客观评估GRAPES的边界层参数化方案 预览
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作者 杨军丽 沈学顺 陈炯 《气象科技》 2019年第2期276-281,共6页
根据GABLS(Global Energy and Water Cycle Experiment Atmospheric Boundary Layer Study)的第2个个例在GRAPES(Global and Regional Assimilation and PrEdiction System)单柱模式中构造了一个试验,用于检验规定的下垫面温度强迫条件... 根据GABLS(Global Energy and Water Cycle Experiment Atmospheric Boundary Layer Study)的第2个个例在GRAPES(Global and Regional Assimilation and PrEdiction System)单柱模式中构造了一个试验,用于检验规定的下垫面温度强迫条件下边界层过程的昼夜循环模拟能力。然后,将模拟结果与观测和大涡模拟结果进行了比较。结果表明,在规定的下垫面温度强迫下,GRAPES模拟的2m温度基本合理。然而,对于稳定条件(夜间),GRAPES模拟的向下的感热通量比观测的大,过估10m风速和摩擦速度,过估稳定边界层高度;对于不稳定条件(白天),GRAPES模拟的向上的感热通量比观测的小,低估不稳定边界层高度,低层位温偏冷。随后的敏感试验表明,减小边界层方案中的动量和热量的背景扩散值后,GRAPES模拟的稳定条件下的10m风速和摩擦速度,以及对流边界层的风和温度的廓线更接近大涡模拟。 展开更多
关键词 GABLS2 GRAPES 边界层 单柱模式
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极端天气的数值模式集合预报研究进展
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作者 高丽 陈静 +1 位作者 郑嘉雯 陈权亮 《地球科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2019年第7期706-716,共11页
在气候变化背景下,极端天气事件(暴雨、高温热浪和低温冷害等)发生频次有不同程度增加的趋势,由极端事件造成的气象灾害也呈现增多趋势,因此开展极端天气的预报研究尤为重要。系统性回顾了极端天气预报的主要方法、数值模式集合天气预... 在气候变化背景下,极端天气事件(暴雨、高温热浪和低温冷害等)发生频次有不同程度增加的趋势,由极端事件造成的气象灾害也呈现增多趋势,因此开展极端天气的预报研究尤为重要。系统性回顾了极端天气预报的主要方法、数值模式集合天气预报发展现状及其在极端天气预报中的应用情况以及集合概率预报的订正方法研究进展。目前,极端天气的预报以动力数值模式方法为主导,即以集合概率预报信息为主要依据的动力预报方法成为当前国际上极端天气业务预报的主流方法。基于数值模式集合预报的极端天气预报应用和依靠概率预报偏差订正来改进极端预报,是当前该领域研究的重要发展方向。在全面回顾的基础上,围绕如何发展有效方法提升极端事件识别和预报水平,进一步提出未来极端天气集合预报发展的几点建议。 展开更多
关键词 数值模式 集合预报 极端天气 概率预报 检验 预报订正
一种集成风向风速的风场空间检验方法 预览
7
作者 张博 赵滨 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2019年第2期154-163,共10页
基于概率分布特征定义全新风速阈值选取方案,不受地域及季节性影响,并综合风向信息建立兼顾风向风速的风场分类列表,采用邻域空间检验技术构建可集成风向风速的矢量风场检验方法。基于2018年4月1—30日GRAPES_Meso模式不同分辨率(10 km... 基于概率分布特征定义全新风速阈值选取方案,不受地域及季节性影响,并综合风向信息建立兼顾风向风速的风场分类列表,采用邻域空间检验技术构建可集成风向风速的矢量风场检验方法。基于2018年4月1—30日GRAPES_Meso模式不同分辨率(10 km及3 km)逐小时预报产品,利用所开发的矢量风场检验方法分析表明:模式风向预报的随机性随着风速的增大而减小,即弱风的风向难以成功预报。通过矢量风场综合分析发现高分辨率预报效果在170 km空间尺度上24 h预报最大评分优势可达0.24,各邻域空间尺度上评分分布趋势保持一致。通过敏感性分析发现,所获取的综合指标可用于反映风场预报性能。同时,不同矢量风场分类方法将对评估结果产生影响,高分类方法评分稳定性更好,低分类方法受限于单一分类权重过大而影响评估一致性。因此,在计算能力允许的条件下,选择较高分类方式将有助于获得更为稳定的检验效果。 展开更多
关键词 风向 风速 空间检验方法 概率分布 综合指标
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GRAPES_Meso背景误差特征及应用 预览
8
作者 庄照荣 王瑞春 +1 位作者 王金成 龚建东 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2019年第3期316-331,共16页
基于2015年6月—2016年5月GRAPES_Meso有限区域中尺度数值预报模式产品,采用美国国家气象中心(NMC)方法和高斯函数拟合方案统计中国区域的背景误差和水平相关尺度随纬度、高度和季节的变化特征。结果表明:控制变量的背景误差与水平相关... 基于2015年6月—2016年5月GRAPES_Meso有限区域中尺度数值预报模式产品,采用美国国家气象中心(NMC)方法和高斯函数拟合方案统计中国区域的背景误差和水平相关尺度随纬度、高度和季节的变化特征。结果表明:控制变量的背景误差与水平相关尺度不仅随高度和纬度有明显变化,其中非平衡Exner气压和比湿具有明显的局地性和季节变化特征。非平衡Exner气压的背景误差在青藏高原地区较大,且冬季最大,夏季最小。比湿背景误差在低纬度热带季风区较大,且夏季最大,冬季最小。非平衡Exner气压和比湿的水平相关尺度在冬季最大,夏季最小。同时文中采用随高度变化的水平相关尺度替换GRAPES-3DVar中单一尺度参数,1个月的分析和模式预报试验表明,6 h的位势高度预报在对流层有明显改进;风场分析及其12 h内的预报在平流层改进明显;对24 h不同量级降水的预报有显著正贡献,也显著改善24 h内的小雨、中雨和大雨的空报现象,明显改善12~24 h特大暴雨的漏报现象。 展开更多
关键词 背景误差 水平相关尺度 NMC方法 三维变分 GRAPES_MESO
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GRAPES全球集合预报初始条件及模式物理过程不确定性方法研究 预览
9
作者 李晓莉 陈静 +2 位作者 刘永柱 彭飞 霍振华 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2019年第3期348-359,共12页
为描述GRAPES全球模式初始条件的不确定性,基于适合集合预报应用的GRAPES全球奇异向量技术,依据大气初始误差符合正态分布的特征,采用高斯取样奇异向量来构造全球集合预报初始扰动,在此基础上建立了GRAPES全球集合预报系统(GRAPES-GEPS... 为描述GRAPES全球模式初始条件的不确定性,基于适合集合预报应用的GRAPES全球奇异向量技术,依据大气初始误差符合正态分布的特征,采用高斯取样奇异向量来构造全球集合预报初始扰动,在此基础上建立了GRAPES全球集合预报系统(GRAPES-GEPS)。利用GRAPES全球同化分析场,对采用初始扰动的GRAPES-GEPS连续试验预报结果进行检验和分析。结果表明:GRAPES-GEPS中高度场、风场及温度场预报的集合离散度能有效快速增加,集合平均均方根误差与集合离散度的关系合理;相对控制预报的均方根误差,集合平均的预报优势在预报中期非常显著。为进一步体现GRAPES-GEPS中模式物理过程的不确定性,发展了模式物理过程倾向随机扰动技术(SPPT)。试验结果表明:SPPT方案的应用有效提高了GRAPES-GEPS在南、北半球和热带地区等压面要素预报的集合离散度,同时一定程度减小了集合平均误差,进而改进了集合平均误差与集合离散度的关系,其中SPPT方案在热带地区的改进最为显著。本文发展的基于奇异向量的初始扰动方法和模式扰动SPPT方案在中国气象局2018年12月业务化运行的GRAPES-GEPS中得到了应用。 展开更多
关键词 GRAPES奇异向量 初始扰动 模式扰动SPPT方案 GRAPES全球集合预报系统
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GRAPES的新初始化方案 预览
10
作者 刘艳 薛纪善 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期165-179,共15页
四维变分同化由于引入预报模式作为一项约束,理论上它的分析场已经具有较好的平衡性,但实施时还会有诸多因重力波导致的高频振荡过程,因此,四维变分同化(4DVar)分析仍需要初始化。文中描述了GRAPES全球四维变分同化系统(GRAPES-4DVar)... 四维变分同化由于引入预报模式作为一项约束,理论上它的分析场已经具有较好的平衡性,但实施时还会有诸多因重力波导致的高频振荡过程,因此,四维变分同化(4DVar)分析仍需要初始化。文中描述了GRAPES全球四维变分同化系统(GRAPES-4DVar)的新初始化方案的科学设计、公式演绎以及试验结果。GRAPES-4DVar的新初始化方案采用数字滤波方案作为代价函数的一项约束控制重力波引发的不平衡结构,约束强加在分析增量上与极小化迭代过程同步进行。新的初始化方案是变分同化系统的一部分,数字滤波的积分时间与4DVar的同化时间窗一致,不会对4DVar产生额外的计算资源消耗;并能适应长时间窗的同化,不会因为时间窗的延长而削弱慢波过程。新初始化方案中,模式轨迹的光滑程度可在变分同化中通过重力波控制项的权重系数方便控制。GRAPES全球四维变分同化的理想和循环同化批量试验都表明,在四维变分同化中,重力波的控制依然非常重要,具有初始化的GRAPES试验,无论分析还是预报技巧都较无初始化的有明显优势。与以前分析和滤波独立实施的旧初始化方案相比,新方案的分析和预报效果略优,同时有效地节省循环同化系统的运行时间,这对四维变分同化来说非常重要。 展开更多
关键词 初始化 数字滤波 四维变分同化 GRAPES
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GRAPES全球集合预报系统模式扰动随机动能补偿方案初步探究 预览 被引量:2
11
作者 彭飞 李晓莉 +1 位作者 陈静 李红祺 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期180-195,共16页
为了体现次网格尺度能量升尺度转换过程中存在的不确定性,文中将随机动能补偿(Stochastic Kinetic Energy Backscatter,SKEB)方案应用于GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球集合预报系统(GRAPES-GEPS),以... 为了体现次网格尺度能量升尺度转换过程中存在的不确定性,文中将随机动能补偿(Stochastic Kinetic Energy Backscatter,SKEB)方案应用于GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球集合预报系统(GRAPES-GEPS),以更好地表征模式误差并且增大集合离散度。使用的SKEB方案基于具有一定时、空相关特征的随机型以及由数值扩散导致的局地动能耗散率来构造随机流函数强迫。并根据流函数与水平风速旋转分量的关系,将SKEB方案中的流函数强迫转化为适用于GRAPES全球模式的水平风速扰动。结果表明,SKEB方案的使用一方面能够提高GRAPES对大气动能谱的模拟能力;另一方面能够改善GRAPES-GEPS的集合离散度与集合平均误差的关系,增加了集合离散度,并在一定程度上减小了集合平均误差,尤其是在热带地区这种改进更为显著。而且该方案使得热带地区连续分级概率评分(CRPS评分)显著减小。就降水预报而言,从Brier评分与相对作用特征面积(AROC,Area under the Relative Operating Characteristics)的结果来看,SKEB方案有助于改善中国地区小雨[0.1 mm,10 mm)、中雨[10 mm,25 mm)与大雨[25 mm,50 mm)量级降水的概率预报技巧,而对暴雨[50 mm,∞)量级降水预报技巧影响很小(24 h降水量)。总体上,模式扰动随机动能补偿方案提高了GRAPES-GEPS的概率预报技巧。 展开更多
关键词 GRAPES全球集合预报 模式扰动 随机动能补偿方案 局地动能耗散率
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GRAPES双参数云微物理方案的改进和云降水个例模拟研究: GRAPES_SCM对热带对流云个例的模拟研究 预览
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作者 李喆 马占山 +1 位作者 刘奇俊 杨军丽 《气象》 CSCD 北大核心 2019年第6期756-765,共10页
应用全球-区域同化预报系统单柱模式(GRAPES_SCM),对热带暖池国际云试验(TWP-ICE)个例进行数值模拟。通过和实际观测资料进行对比,诊断并改进了Liuma云微物理方案对热带对流云微物理特征的模拟能力。结果显示在GRAPES_SCM框架下,Lium a... 应用全球-区域同化预报系统单柱模式(GRAPES_SCM),对热带暖池国际云试验(TWP-ICE)个例进行数值模拟。通过和实际观测资料进行对比,诊断并改进了Liuma云微物理方案对热带对流云微物理特征的模拟能力。结果显示在GRAPES_SCM框架下,Lium a原方案和WSM6(WRF single moment)方案均能呈现出TWP-IC E期间热带云系的发展特征,并能够明显区分试验期间的季风活跃期和季风抑制期。活跃期Liuma原始方案和WSM6方案模拟的冰云组成结构差异显著,在Liuma原始方案所模拟的冰相水凝物分布中,存在冰雪含量过少、霰过多的现象。改进后的Lium a方案对程序中各微物理过程计算顺序进行了优化,改进后霰质量混合比明显减少,冰雪质量混合比明显增加,冰相水凝物分布较合理。 展开更多
关键词 GRAPES_SCM TWP-ICE Liuma云微物理方案 热带对流云
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中尺度降水集合预报随机参数扰动方法敏感性试验 预览
13
作者 徐致真 陈静 +3 位作者 王勇 李红祺 陈法敬 范宇恩 《气象学报》 CSCD 北大核心 2019年第5期849-868,共20页
中尺度降水模式预报具有很大的不确定性,为更好地描述与模式降水预报密切相关的物理过程关键参数的不确定性,基于中国气象局GRAPES (Global/Regional Assimilation and Prediction System)中尺度区域集合预报模式,从对模式降水预报不确... 中尺度降水模式预报具有很大的不确定性,为更好地描述与模式降水预报密切相关的物理过程关键参数的不确定性,基于中国气象局GRAPES (Global/Regional Assimilation and Prediction System)中尺度区域集合预报模式,从对模式降水预报不确定性有较大影响的积云对流、云微物理、边界层及近地面层等4个参数化方案中选取了18个关键参数,设计了一种随机参数扰动方案(Stochastically Perturbed Parameterization,SPP),并通过2015年6—7月总计10 d的随机扰动集合预报试验,对比分析了SPP方案对不同物理过程参数扰动敏感性、随机场时、空尺度敏感性、能量变化特征及其集合预报效果。结果显示,对所选择的任一物理过程参数化方案增加SPP扰动后,降水及等压面要素的概率预报技巧优于无SPP扰动的预报,而扰动积云对流和边界层过程中的参数较扰动云微物理过程中的参数影响更显著,且同时扰动积云对流、云微物理、边界层及近地面层参数化方案中的18个参数的集合预报效果优于扰动任何单一物理过程中的部分参数,表明SPP方案能够有效地提高中尺度降水概率预报技巧;从能量变化特征可知,不同物理过程的参数扰动对动能、内能和总能量的影响层次和特征有所不同,但总体而言,扰动前后各项能量基本相同;随机场时、空尺度敏感性试验发现,SPP扰动随机场时间、空间相关尺度对集合预报效果有明显影响,当扰动随机场选用12 h抗相关时间及截断波数20时,集合预报结果最优。上述结果表明,SPP随机参数扰动方案不仅能够有效提高集合概率预报效果,还能够提高集合降水概率预报技巧,具有良好的业务应用与发展前景。 展开更多
关键词 区域集合预报 随机参数扰动方案 时间尺度 空间尺度
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TIGGE技术对西南地区地面要素预报性能的分析 预览
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作者 陈良吕 夏宇 陈法敬 《暴雨灾害》 2019年第4期364-372,共9页
基于TIGGE中欧洲中期天气预报中心和美国国家环境预报中心全球集合预报系统(EC_GEPS和NCEP_GEPS)的2016年1月1日-2017年12月31日连续2 a的预报资料,对两套系统在西南地区10 d以内的2 m温度和24 h定量降水预报进行检验评估和综合分析。2 ... 基于TIGGE中欧洲中期天气预报中心和美国国家环境预报中心全球集合预报系统(EC_GEPS和NCEP_GEPS)的2016年1月1日-2017年12月31日连续2 a的预报资料,对两套系统在西南地区10 d以内的2 m温度和24 h定量降水预报进行检验评估和综合分析。2 m温度预报检验结果表明:EC_GEPS和NCEP_GEPS的2 m温度控制预报和集合平均预报的均方根误差均普遍偏高且NCEP_GEPS总体而言优于EC_GEPS;两套系统集合平均均方根误差相对于控制预报改进不明显;集合离散度均明显偏低;Talagrand分布均呈现出非常明显的"J型"分布特征,Outlier评分普遍偏高且EC_GEPS的Outlier评分明显低于NCEP_GEPS;从集合最小值到集合最大值,随着集合百分位的增大,各个预报时效的均方根误差逐渐减小,集合最大值预报技巧最高。降水预报检验结果表明:EC_GEPS和NCEP_GEPS的24 h定量降水预报的Talagrand分布总体而言均呈现出"L型"分布特征且NCEP_GEPS更加明显;NCEP_GEPS各个预报时效的Outlier评分均普遍偏高且明显高于EC_GEPS;EC_GEPS的降水概率预报技巧明显优于NCEP_GEPS;EC_GEPS的70%集合百分位预报技巧最高,NCEP_GEPS的80%集合百分位预报技巧最高。EC_GEPS和NCEP_GEPS在西南地区的2 m温度预报和降水预报均存在一定的系统性误差,进行相应的集合预报系统性偏差订正应该能较好地改进预报技巧。 展开更多
关键词 全球交互式大集合(TIGGE) 集合预报 西南地区 预报检验
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北京地区两次雨雪转换过程的相态模拟研究
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作者 秦庆昌 张琳娜 +1 位作者 于佳 吴琳 《高原气象》 CSCD 北大核心 2019年第5期1027-1037,共11页
利用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting),对2015年11月2022日和2016年11月2021日北京地区两次雨雪转换过程进行数值模拟,根据模拟结果,结合探空等实况观测资料,分别对降水相态转换的机制进行了探讨,并比较分析了两次... 利用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting),对2015年11月2022日和2016年11月2021日北京地区两次雨雪转换过程进行数值模拟,根据模拟结果,结合探空等实况观测资料,分别对降水相态转换的机制进行了探讨,并比较分析了两次过程云微物理特征的差异。研究表明:中尺度数值模式WRF较为准确地模拟出了两次雨雪过程的降水量级和落区;同样是雨转雨夹雪过程,但是两次过程云中雪晶粒子的含量和分布的层次是截然不同的,导致相态转换的微物理过程也不同。2015年的过程,雪晶通过与过冷云(雨)滴的粘连碰冻作用而不断增长导致观象台的相态由雨转为雨夹雪;而2016年的过程,雪晶主要依靠冰晶的凝华、撞冻及碰并等机制而不断增长导致观象台的相态由雨转为雨夹雪。在预报冬季降水相态时,不仅要关注各标准层的经验阈值温度,还要充分关注模式产品中与微物理有关的水成物分布的层次和浓度大小。 展开更多
关键词 WRF模式 数值模拟 相态转换 微物理过程
风廓线雷达资料在GRAPES-Meso模式中的同化应用研究 预览
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作者 王丹 阮征 +3 位作者 王改利 朱立娟 田伟红 李丰 《大气科学》 CSCD 北大核心 2019年第3期634-654,共21页
以未来业务化应用为目标,本文进行了业务数值预报模式GRAPES_Meso(Global/Regional Assimilation and Prediction System)中的风廓线雷达资料同化应用研究。基于2015年7月的全国风廓线雷达观测数据,首先建立了面向同化应用的风廓线雷达... 以未来业务化应用为目标,本文进行了业务数值预报模式GRAPES_Meso(Global/Regional Assimilation and Prediction System)中的风廓线雷达资料同化应用研究。基于2015年7月的全国风廓线雷达观测数据,首先建立了面向同化应用的风廓线雷达资料两步质量控制方案。通过对比分析质量控制前后风廓线雷达观测资料集与欧洲中心再分析资料ERA-Interim的差值场特征,论证了质量控制方案的合理性,两步质控后风场误差显著减小,同时观测背景差更接近高斯分布,符合数值同化应用假设。将质量控制后的风廓线雷达资料应用于GRAPES-3DVAR系统,开展有、无风廓线雷达资料同化的对比试验,通过批量试验和台风"莲花"个例分析来探讨风廓线雷达资料同化对数值预报的影响。研究表明:在循环同化过程中加入风廓线雷达资料对数值模式初始场有一定改善,风场、温度场、湿度场的分析误差均有减小,从而使短期降水(0~12 h)的预报技巧得以提高。针对台风暴雨个例分析结果表明,风廓线雷达资料同化能有效地调整台风降水区的动力结构和水汽分布,在模式中形成更有利于对流发展的环境条件,从而更好地预报降水的位置与强度。 展开更多
关键词 风廓线雷达 质量控制 资料同化 影响试验
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基于SEEPS方法的重庆地区降水数值预报性能分析
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作者 陈良吕 陈法敬 夏宇 《西南大学学报:自然科学版》 CAS CSCD 北大核心 2019年第7期116-124,共9页
本研究简要介绍了SEEPS方法的具体计算方案,将该方法应用到重庆地区的降水数值预报检验中,对重庆地区常用的3个业务数值模式2017年全年的预报结果进行了检验评估,并对比分析了3个模式降水预报性能的总体差异及时空分布特征.结果表明,综... 本研究简要介绍了SEEPS方法的具体计算方案,将该方法应用到重庆地区的降水数值预报检验中,对重庆地区常用的3个业务数值模式2017年全年的预报结果进行了检验评估,并对比分析了3个模式降水预报性能的总体差异及时空分布特征.结果表明,综合各个预报时效2017年全年区域平均SEEPS技巧评分的结果, EC模式的降水预报性能最优,其次是SWC-WARMS, CQMFS最差;综合各个预报时效2017年1-12月逐月区域平均的SEEPS技巧评分的结果, SWC-WARMS各月的预报性能均优于CQMFS. SWC-WARMS和CQMFS的降水预报性能在7月和8月总体而言优于EC模式,其余各月均差于EC模式;对于同一区域全年平均的降水数值预报性能, EC模式最优,其次是SWC-WARMS, CQMFS最差.各个模式的SEEPS技巧评分在四川盆地东部偏东地区均存在大值中心. EC模式总体表现出在重庆的东北部偏东地区和中西部偏北地区的SEEPS技巧评分优于重庆的其他地区. SWC-WARMS总体表现出在重庆东南部地区的SEEPS技巧评分优于重庆的其他地区. CQMFS总体表现出在重庆的东南部地区和重庆的中西部偏北地区的SEEPS技巧评分优于其他地区. 展开更多
关键词 降水预报 检验方法 SEEPS方法 概率空间
GRAPES_CUACE大气化学耦合模式并行优化 预览
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作者 叶跃进 陈德训 +2 位作者 胡江凯 马欣 张小曳 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2019年第S11期528-534,共7页
文中主要介绍了数值天气预报模式GRAPES_MESO(4.0版本)与大气化学模式CUACE在线耦合形成的GRAPES_CUACE大气化学耦合模型在不同版本的x86体系结构下的并行优化算法的研究与分析。借鉴目前国内外主流的并行优化设计方法,结合GRAPES_MESO... 文中主要介绍了数值天气预报模式GRAPES_MESO(4.0版本)与大气化学模式CUACE在线耦合形成的GRAPES_CUACE大气化学耦合模型在不同版本的x86体系结构下的并行优化算法的研究与分析。借鉴目前国内外主流的并行优化设计方法,结合GRAPES_MESO系统本身的程序架构和并行框架,针对不同版本x86体系架构做了相应的并行化改造。运用gprof工具和戳桩计时等方法,测试得到的程序热点模块主要有3部分:IO、通信和物理过程。对IO模块主要的优化方法为:1、由离散读写改为连续读写;2、开辟缓冲区由稀疏访存改为连续访存;3、异步IO。对通信部分采用两种方式:1、由细粒度改为粗粒度通信;2、采用时间复杂度更低的集合通信。对IO与通信模块优化结果分析可得:IO模块优化后的耗时占比由原来的43.7%降至1.41%,比重大幅度降低,最优部分性能提升了317倍,因此,该方法极大地提升了IO模块运行效率。此外,对物理过程进行优化采用的主要方法是:1、多层循环计算过程由离散改为连续;2、通信机制循环外移;3、数据复用以减少计算冗余;4、缩减栈变量空间等。这些优化方法使计算性能提高了22%,进一步提高了程序的并行效率和模式的强可扩展性。 展开更多
关键词 异步IO 粗粒度 连续访存 集合通信
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两种确定性初值形成方案对集合预报技巧的影响研究 预览
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作者 陈良吕 陈静 +2 位作者 霍振华 夏宇 陈法敬 《气象》 CSCD 北大核心 2019年第6期745-755,共11页
为了进一步提高GRAPES-REPS的降水预报性能,将GRAPES-Meso业务模式的高分辨率同化分析初值通过动力升尺度方法(简称GRAPES-M-US方案)产生GRAPES-REPS确定性初值,在此基础上进行了连续10 d的集合预报试验,并与基于T639全球模式同化分析... 为了进一步提高GRAPES-REPS的降水预报性能,将GRAPES-Meso业务模式的高分辨率同化分析初值通过动力升尺度方法(简称GRAPES-M-US方案)产生GRAPES-REPS确定性初值,在此基础上进行了连续10 d的集合预报试验,并与基于T639全球模式同化分析初值动力降尺度方案(简称T639-G-DS方案)得到的确定性初值以及相应的集合预报结果进行了对比分析及预报检验,重点关注了降水预报的检验结果。结果表明:基于GRAPES-M-US方案得到的确定性初值相对于T639-G-DS方案得到的确定性初值而言,在低层具备更多的中小尺度信息;低层连续性变量预报表现较好,850 hPa的位势高度和温度的均方根误差以及概率预报评分(CRPS)均表现出了一定的改进效果,而中层和高层要素改进不显著,10 m风速均方根误差和CRPS均有较明显的改进效果,2 m温度均方根误差和CRPS则基本相当;对降水预报而言,24 h预报时效的小雨、中雨和大雨量级的TS评分、Brier评分和相对作用特征面积(AROC)均有一定的改进,其余预报时效总体而言基本相当或略有负效果;在2017年8月7日的强降水个例中,对强降水落区和强度的预报表现出了一定的"细化"和"纠偏"效果;总体而言,GRAPES-M-US方案较T639-G-DS方案表现出了一定的优势,特别是在短期降水预报方面。 展开更多
关键词 集合预报 确定性初值 动力升尺度 动力降尺度
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MJO对我国降水影响的季节调制和动力-统计降尺度预测 预览 被引量:1
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作者 吴捷 任宏利 +1 位作者 许小峰 高丽 《气象》 CSCD 北大核心 2018年第6期737-751,共15页
利用1981—2016年中国区域CN05.1格点降水资料和EAR-Interim再分析资料,研究了季节循环对于热带大气季节内振荡(MJO)对我国降水影响的调制作用,并基于模式对MJO的预报建立了针对延伸期降水的动力-统计降尺度模型。结果表明,MJO对... 利用1981—2016年中国区域CN05.1格点降水资料和EAR-Interim再分析资料,研究了季节循环对于热带大气季节内振荡(MJO)对我国降水影响的调制作用,并基于模式对MJO的预报建立了针对延伸期降水的动力-统计降尺度模型。结果表明,MJO对我国季节内降水异常的影响明显受到季节循环的调制。当MJO对流在热带印度洋活跃时,我国降水偏多的区域随季节由南向北推进;当MJO对流位于海洋性大陆地区时,在秋、冬季我国东部和高原大部分地区降水异常偏少,而到了春、夏季该关系反转。MJO对流和基本气流(特别是副热带西风急流)的位置和强度的变化所引起热带外环流响应的不同是造成这种季节性差异的重要原因。模式检验表明,BCC_AGCM2.2对目标候MJO的预报技巧可达18 d以上,在此基础上利用模式预报MJO信息构建了随季节演变滚动的MJO动力-统计降尺度预测模型。独立样本检验表明,该模型在较长时效(10~20 d)下对MJO高影响区低频降水异常的预报技巧高于模式的直接预报,特别是在MJO活跃时期对降水预报技巧的提升更加明显,这为MJO信号释用提供了新的思路。 展开更多
关键词 MJO 季节调制 BCC二代大气环流模式(BCC_AGCM2.2) 动力-统计降尺度模型 延伸期预报
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