GRAPES_Meso中基于背景边界层结构的地面观测资料同化方案研究

论文摘要

地面观测资料的站点分布密集、观测频率高、资料实时性强,能很好的反映边界层内大气的动力和热力变化,在高分辨率模式中具有很高价值,但是目前模式对地面资料的同化利用率很低,没能有效的进入数值模式去改善数值预报结果,造成资源浪费。有效的将地面观测资料同化进中尺度三维变分同化系统中,要求地面观测资料结合非均匀、各项异性的背景误差协方差结构向垂直方向扩展,而三维变分分析假设背景误差的垂直相关是一个固定值。为了克服三维变分方法同化地面观测资料这一困难,本文借鉴由Benjamin提出的基于背景边界层结构信息的同化技术,并试图将该技术引入GRAPESMeso三维变分同化系统中。然而,模式背景场与实际观测的边界层结构可能会出现不一致的情况。因此,我们利用高密度的秒级探空观测资料和中尺度模式背景信息,分析模式背景场与实际观测场在由日变化特征引起的稳定边界层与不稳定边界层下的分布情况。统计结果表明,探空观测的地表位温O-B（观测场与背景场之差）的垂直自相关在很大程度上取决于稳定与不稳定条件下的背景与观测的PBL结构。同一时刻,当模式背景场和实际观测场都是稳定边界层或不稳定边界层时,O-B的垂直自相关性很好,最大相关高度可达到2000m;而当模式背景场和实际观测场的边界层结构不一致时,O-B的垂直自相关性很弱,最大相关高度仅约600m。这表明Benjamin提出的完全依赖于背景场结构来将地面观测信息往垂直向扩散的同化技术不完全合理,需结合实际观测和背景场的边界层结构来调整同化方案。因此,对Benjamin提出的基于背景场结构的同化技术,本文根据统计结果进行调整,调整内容主要包括三个方面:（1）更换温度变量,调整拟合高度间隔;（2）垂直层观测误差的设置;（3）同化高度的设置。此外,为了验证该方案对地面资料同化的有效性,选取广州一次弱强迫背景下突发强降水过程作为个例进行分析。分析结果表明,与传统的地面2m温度分析,基于PBL深度的同化技术保留了PBL的结构,12小时降水预报的也得到不错的改善。

论文目录

中文摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 资料同化发展历史及方法

1.2 地面资料同化的意义和重要性

1.2.1 地面观测资料同化的重要性

1.2.2 地面观测信息在垂直方向传播的重要性

1.3 地面资料同化发展历史

1.3.1 国外研究进展

1.3.2 国内研究进展

1.4 论文主要内容和章节安排

1.4.1 论文主要内容

1.4.2 论文章节安排

1.5 本章小结

第二章数值模式与同化系统

2.1 GRAPES模式面三维变分同化系统介绍

2.1.1 三维变分目标泛函

2.1.2 网格分布和变量选择

2.2 观测资料

2.3 本章小结

第三章拟O-B相关特征

3.1 边界层特征

3.2 秒级探空数据特征

3.3 拟O-B相关特征与结果分析

3.3.1 拟O-B相关特征

3.3.2 拟O-B垂直相关高度

3.3.3 结果讨论

3.4 本章小结

Meso中的实施'>第四章新拟O-B方案在GRAPES_Meso中的实施

4.1 新拟O-B方案

Meso中的实施'> 4.2 新拟O-B方案在GRAPES_Meso中的实施

4.3 模式检验

4.3.1 切线性和伴随检验

4.3.2 目标函数的梯度检验

4.4 单点试验

4.5 本章小结

第五章新拟O-B方案的数值试验和结果分析

5.1 个例介绍

5.2 同化方案与试验设计

5.3 对分析场结果的影响

5.3.1 分析场差异特征

5.3.2 分析增量差异

5.3.3 初始场变量差异

5.4 预报结果

5.4.1 温度与水汽条件

5.4.2 组合反射率

5.4.3 模式预报结果降水分析

5.5 本章小结

第六章总结与展望

6.1 主要研究结论

6.2 创新点

6.3 讨论与展望

参考文献

致谢

个人简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吴昌航

导师: 龚建东,王瑞春

关键词: 地面资料同化,背景边界层结构,数值模式

来源: 南京信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 南京信息工程大学

分类号: P456.7

DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000564

总页数: 65

文件大小: 22531K

下载量: 26

GRAPES_Meso中基于背景边界层结构的地面观测资料同化方案研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢