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Ocean Data Assimilation with Background Error Covariance Derived from OGCM Outputs 被引量:3
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作者 符伟伟 周广庆 王会军 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2004年第2期181-192,共12页
The background error covariance plays an important role in modern data assimilation and analysis systems by determining the spatial spreading of information in the data. A novel method based on model output is propose... The background error covariance plays an important role in modern data assimilation and analysis systems by determining the spatial spreading of information in the data. A novel method based on model output is proposed to estimate background error covariance for use in Optimum Interpolation. At every model level, anisotropic correlation scales are obtained that give a more detailed description of the spatial correlation structure. Furthermore, the impact of the background field itself is included in the background error covariance. The methodology of the estimation is presented and the structure of the covariance is examined. The results of 20-year assimilation experiments are compared with observations from TOGA-TAO (The Tropical Ocean-Global Atmosphere-Tropical Atmosphere Ocean) array and other analysis data. 展开更多
关键词 data assimilation background error model output COVARIANCE
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Improvement in Background Error Covariances Using Ensemble Forecasts for Assimilation of High-Resolution Satellite Data
2
作者 Seung-Woo LEE Dong-Kyou LEE 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2011年第4期758-774,共17页
Satellite data obtained over synoptic data-sparse regions such as an ocean contribute toward improving the quality of the initial state of limited-area models. Background error covariances are crucial to the proper di... Satellite data obtained over synoptic data-sparse regions such as an ocean contribute toward improving the quality of the initial state of limited-area models. Background error covariances are crucial to the proper distribution of satellite-observed information in variational data assimilation. In the NMC (National Meteorological Center) method, background error covariances are underestimated over data-sparse regions such as an ocean because of small differences between different forecast times. Thus, it is necessary to reconstruct and tune the background error covariances so as to maximize the usefulness of the satellite data for the initial state of limited-area models, especially over an ocean where there is a lack of conventional data. In this study, we attempted to estimate background error covariances so as to provide adequate error statistics for data-sparse regions by using ensemble forecasts of optimal perturbations using bred vectors. The background error covariances estimated by the ensemble method reduced the overestimation of error amplitude obtained by the NMC method. By employing an appropriate horizontal length scale to exclude spurious correlations, the ensemble method produced better results than the NMC method in the assimilation of retrieved satellite data. Because the ensemble method distributes observed information over a limited local area, it would be more useful in the analysis of high-resolution satellite data. Accordingly, the performance of forecast models can be improved over the area where the satellite data are assimilated. 展开更多
关键词 3DVAR background error covariances retrieved satellite data assimilation ensemble forecasts.
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An Ocean Data Assimilation System in the Indian Ocean and West Pacific Ocean 被引量:5
3
作者 YAN Changxiang ZHU Jiang XIE Jiping 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2015年第11期1460-1472,共13页
The development and application of a regional ocean data assimilation system are among the aims of the Global Ocean Data Assimilation Experiment. The ocean data assimilation system in the regions including the Indian ... The development and application of a regional ocean data assimilation system are among the aims of the Global Ocean Data Assimilation Experiment. The ocean data assimilation system in the regions including the Indian and West Pacific oceans is an endeavor motivated by this goal. In this study, we describe the system in detail. Moreover, the reanalysis in the joint area of Asia, the Indian Ocean, and the western Pacific Ocean (hereafter AIPOcean) constructed using multi-year model integration with data assimilation is used to test the performance of this system. The ocean model is an eddy-resolving, hybrid coordinate ocean model. Various types of observations including in-situ temperature and salinity profiles (mechanical bathythermograph, expendable bathythermograph, Array for Real-time Geostrophic Oceanography, Tropical Atmosphere Ocean Array, conductivity-temperature-depth, station data), remotely-sensed sea surface temperature, and altimetry sea level anomalies, are assimilated into the reanalysis via the ensemble optimal interpolation method. An ensemble of model states sampled from a long-term integration is allowed to change with season, rather than remaining stationary. The estimated background error covariance matrix may reasonably reflect the seasonality and anisotropy. We evaluate the performance of AIPOcean during the period 1993-2006 by comparisons with independent observations, and some reanalysis products. We show that AIPOcean reduces the errors of subsurface temperature and salinity, and reproduces mesoscale eddies. In contrast to ECCO and SODA products, AIPOcean captures the interannual variability and linear trend of sea level anomalies very well. AIPOcean also shows a good consistency with tide gauges. 展开更多
关键词 ocean data assimilation REANALYSIS ensemble optimal interpolation background error covariance
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基于对流尺度集合样本的高原边坡对流系统和台风系统多元变量背景场误差特征研究
4
作者 张万里 王元兵 +4 位作者 李柔 陈耀登 孟德明 钱新尧 金喜立 《高原气象》 北大核心 2025年第3期657-671,共15页
高原边坡地区及台风系统观测资料的有效同化对我国天气预报有重要影响,而背景误差是影响资料同化效果的关键因子。为了更好地理解高原边坡对流系统和台风系统的常规控制变量以及各水凝物控制变量背景场误差特征,从而发展适用于高原边坡... 高原边坡地区及台风系统观测资料的有效同化对我国天气预报有重要影响,而背景误差是影响资料同化效果的关键因子。为了更好地理解高原边坡对流系统和台风系统的常规控制变量以及各水凝物控制变量背景场误差特征,从而发展适用于高原边坡对流系统和台风系统的资料同化方案,本文基于集合变换卡尔曼滤波和集合-变分混合同化方法分别更新集合扰动和集合平均得到含有80个集合成员的4公里分辨率对流尺度集合预报样本,选取2022年8月中旬发生在青藏高原东北边坡的对流个例和2022年第12号台风“梅花”个例,经过物理变换、垂直变换以及水平变换统计得到包含多相态水凝物和垂直速度在内的多元变量背景场误差协方差,同时对其空间误差特征如特征值、特征向量和特征长度尺度进行了分析。研究发现,与台风系统对比,高原边坡对流系统的背景场误差相对更大,对水凝物变量以及垂直速度的模拟更差。因此,在高原边坡对流系统的资料同化中,分析会更接近于观测而远离背景场,对其观测质量和数量要求相对更高。另外,高原边坡对流系统的大气特征和水凝物以及垂直速度变量的水平尺度相对于台风系统更小、更有局地性;对比常规控制变量,水凝物和垂直速度变量具有更小的水平尺度和更强的局地性特征。因此在同化分析时,高原边坡区域的观测资料以及与水凝物相关的观测信息影响范围相对有限。 展开更多
关键词 背景场误差 资料同化 高原边坡对流 台风
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一种背景误差累积的高光谱图像异常检测算法 被引量:12
5
作者 赵春晖 胡春梅 包玉刚 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期1830-1835,共6页
针对背景信息对高光谱图像异常检测的强干扰问题,提出了一种背景误差累积的异常检测算法.该算法通过构造背景子空间,利用各像素到该子空间的正交投影,得到有效抑制背景并突显目标的背景误差数据,用于后续的异常目标检测.最后用真实的高... 针对背景信息对高光谱图像异常检测的强干扰问题,提出了一种背景误差累积的异常检测算法.该算法通过构造背景子空间,利用各像素到该子空间的正交投影,得到有效抑制背景并突显目标的背景误差数据,用于后续的异常目标检测.最后用真实的高光谱数据进行仿真实验,理论分析比较和实验结果表明该算法具有较好的检测效果. 展开更多
关键词 高光谱图像 主成分分析 正交子空间 背景误差数据 异常检测
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静态集合样本的构造及其在全球海浪滤波同化中的应用 被引量:6
6
作者 孙盟 尹训强 杨永增 《海洋与湖沼》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期918-927,共10页
本文提出一种最佳静态集合样本的构造方法,利用不同时段内海浪有效波高的模拟偏差构造静态集合样本,并将其与由模拟结果和观测资料统计的模式误差进行概率密度分布及时空相关性分析,结果表明24h间隔有效波高偏差与后者的相关性最好,称... 本文提出一种最佳静态集合样本的构造方法,利用不同时段内海浪有效波高的模拟偏差构造静态集合样本,并将其与由模拟结果和观测资料统计的模式误差进行概率密度分布及时空相关性分析,结果表明24h间隔有效波高偏差与后者的相关性最好,称为最佳静态集合样本,可用于近似背景误差。将所构造的静态集合样本应用于滤波同化调整过程,采用MASNUM海浪模式,利用Jason-1卫星高度计数据,对2008年全球海域开展海浪同化实验,实验结果表明,基于最佳静态集合样本的海浪同化调整,可以有效地改善海浪模式的模拟效果。 展开更多
关键词 静态集合样本 背景误差 海浪同化
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集合背景误差方差中小波阈值去噪方法研究及试验 被引量:10
7
作者 刘柏年 皇群博 +3 位作者 张卫民 任开军 曹小群 赵军 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期85-93,共9页
背景误差方差的集合估计值中带有大量采样噪声,在应用之前需进行降噪处理.区别于一般的高斯白噪声,采样噪声具有空间和尺度相关性,部分尺度上的噪声能级远大于平均能级.本文针对背景误差方差中采样噪声的特征,引入小波阈值去噪方法,并... 背景误差方差的集合估计值中带有大量采样噪声,在应用之前需进行降噪处理.区别于一般的高斯白噪声,采样噪声具有空间和尺度相关性,部分尺度上的噪声能级远大于平均能级.本文针对背景误差方差中采样噪声的特征,引入小波阈值去噪方法,并根据截断余项的小波系数分布特征发展了一种计算代价很小,能自动修正阈值的算法.一维理想试验结果表明,该方法能滤除大量采样噪声,提高背景误差方差估计值的精度.相对于原来的小波阈值方法,修正阈值后减少了因部分尺度上噪声能级过大导致的残差,去噪后的RMSE减少了13.28%.将该方法应用在实际的集合资料同化系统中,结果表明,小波阈值方法优于谱方法,阈值修正后能在不影响信号的前提下增大小波去噪强度. 展开更多
关键词 小波 集合资料同化 背景误差方差 去噪
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背景误差协方差变量平衡特征及其对台风同化和预报的影响 被引量:9
8
作者 陈耀登 夏雪 +2 位作者 闵锦忠 邢建勇 孙涛 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2017年第3期289-298,共10页
构造合理的背景场误差协方差是做好资料同化的关键。分析了背景误差协方差中变量相关关系在台风季节和非台风季节隐含的不同动力平衡特征,并讨论其对台风同化和预报的影响。分析发现,与非台风季节相比,在台风季节温度与非平衡速度势具... 构造合理的背景场误差协方差是做好资料同化的关键。分析了背景误差协方差中变量相关关系在台风季节和非台风季节隐含的不同动力平衡特征,并讨论其对台风同化和预报的影响。分析发现,与非台风季节相比,在台风季节温度与非平衡速度势具有更强的动力相关性,拟相对湿度与其他控制变量的相关性也更显著。这些动力相关性在背景场误差中协方差的引入,将在同化分析过程中使得观测信息可以合理地对同化分析场产生影响。台风循环同化和预报的结果验证了对变量平衡特征的分析:背景误差协方差中新平衡关系的建立,对同化和预报有较大的正面影响,尤其是相对湿度和其他控制变量相关的建立,明显改善了台风路径、强度和降水的预报效果。 展开更多
关键词 台风 资料同化 背景场误差协方差 平衡关系
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区域三维变分同化中背景误差协方差的模拟 被引量:33
9
作者 曹小群 黄思训 +1 位作者 张卫民 杜华栋 《气象科学》 CSCD 北大核心 2008年第1期8-14,共7页
背景误差协方差(B)是变分同化中的一个重要部分,极大地影响同化系统输出的分析场。由于计算和指定B中有关统计量需要巨大的资料存储量和计算量,因此进行相关的研究较为困难。本文首先论述了B在变分同化中的重要性以及进行模拟的必要性;... 背景误差协方差(B)是变分同化中的一个重要部分,极大地影响同化系统输出的分析场。由于计算和指定B中有关统计量需要巨大的资料存储量和计算量,因此进行相关的研究较为困难。本文首先论述了B在变分同化中的重要性以及进行模拟的必要性;接着介绍了美国NMC方法的原理,并研究将其应用到区域三维变分同化中的方法;然后利用WRF模式生成的预报场差值集合对有关统计量进行了估计。揭示了以下结论:通过使用平衡变换和回归系数,控制变量被限制在较小范围内,保证了分析场的质量;流函数第一全局特征向量在200hPa附近的最大分量,表示了急流层中强西风误差;流函数前五个全局特征向量在低层与中高层之间是负相关的;非平衡温度和相对湿度的特征长度尺度比流函数和非平衡速度势的值要小,说明它们是局地性较强的量。流函数和非平衡速度势的特征长度尺度随垂直模态数的增大快速减小,而相对湿度和非平衡温度的特征长度尺度随垂直模态数的变化较为平缓。 展开更多
关键词 变分资料同化 背景误差协方差 WRF模式
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青藏高原和华东地区背景误差协方差特征的对比研究 被引量:11
10
作者 陈耀登 赵幸 +3 位作者 闵锦忠 范水勇 王元兵 曾腊梅 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2015年第5期650-657,共8页
背景误差协方差特征与区域的天气气候特征密切相关。为了更好地理解中国华东地区和青藏高原地区的背景误差协方差特征,利用夏季一个月的模拟结果,以最新的多元变量相关的背景误差协方差模型为基础,通过提取隐含背景误差协方差中的变量... 背景误差协方差特征与区域的天气气候特征密切相关。为了更好地理解中国华东地区和青藏高原地区的背景误差协方差特征,利用夏季一个月的模拟结果,以最新的多元变量相关的背景误差协方差模型为基础,通过提取隐含背景误差协方差中的变量相关系数、特征值、特征向量和特征长度尺度等,对这两个区域的背景误差协方差特征进行比较和分析。结果表明,相对于华东地区,青藏高原地区变量之间的影响关系更显著,背景场的误差更大,大气特征具有更强的局地性。对青藏高原地区资料同化而言,观测资料占有更大的权重和更小的影响范围,对青藏高原地区观测资料提出了更高的要求。 展开更多
关键词 资料同化 背景误差协方差 青藏高原 华东地区
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资料同化中背景场位势高度误差统计分析的研究 被引量:19
11
作者 庄照荣 薛纪善 +1 位作者 庄世宇 朱国富 《大气科学》 CSCD 北大核心 2006年第3期533-544,共12页
在客观分析中,背景误差协方差对观测信息的传播和平滑、反映不同变量之间的关系有着非常重要的作用。构造合理的背景误差协方差矩阵对于同化系统至关重要,甚至会决定同化分析的好坏。作者主要利用观测余差方法,用T213预报资料和无线电... 在客观分析中,背景误差协方差对观测信息的传播和平滑、反映不同变量之间的关系有着非常重要的作用。构造合理的背景误差协方差矩阵对于同化系统至关重要,甚至会决定同化分析的好坏。作者主要利用观测余差方法,用T213预报资料和无线电探空观测资料统计我国区域的背景位势高度误差协方差样本,分析背景误差协方差场的结构特征和拟合误差场的空间分布。 展开更多
关键词 背景误差协方差 特征尺度 变分同化 观测余差方法
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基于地质背景分析的区域化探数据系统误差校正 被引量:7
12
作者 周永恒 李守义 +1 位作者 张璟 徐山 《吉林大学学报(地球科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期753-758,共6页
在区域化探数据系统误差校正工作中,为使校正的结果更符合实际地质情况,在分析了地质背景与地球化学数据之间关系的基础上,认为同一地质背景条件下相同地质体的化探数据来源于同一总体,具有相同的数据特征,提出了一种依据地质背景分析... 在区域化探数据系统误差校正工作中,为使校正的结果更符合实际地质情况,在分析了地质背景与地球化学数据之间关系的基础上,认为同一地质背景条件下相同地质体的化探数据来源于同一总体,具有相同的数据特征,提出了一种依据地质背景分析的误差校正方法,探讨了该方法的基本原理及工作步骤。以辽宁省3幅1/20万区域化探Ag元素图幅拼接为例,证实了该方法消除系统误差的有效性,并有利于图件的解释与应用。 展开更多
关键词 图幅拼接 系统误差 数据校正 地质背景
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背景场误差样本模拟对同化及数值预报效果的影响 被引量:5
13
作者 陈耀登 陈晓梦 +2 位作者 曾腊梅 WANG Hongli 王元兵 《高原气象》 CSCD 北大核心 2016年第3期767-776,共10页
合理估计背景场误差协方差矩阵(B)是做好变分同化的关键环节。利用控制变量随机扰动法(RandomCV)、增长模繁殖法(BGM)及NMC法等3种背景场样本模拟方法,基于WRFDA系统计算B矩阵,对B矩阵的特征及其对同化预报效果的影响进行了研究。B矩阵... 合理估计背景场误差协方差矩阵(B)是做好变分同化的关键环节。利用控制变量随机扰动法(RandomCV)、增长模繁殖法(BGM)及NMC法等3种背景场样本模拟方法,基于WRFDA系统计算B矩阵,对B矩阵的特征及其对同化预报效果的影响进行了研究。B矩阵的特征分析和单点观测试验表明,NMC法与RandomCV法得到的B矩阵误差方差较大,在同化中观测的权重更大;RandomCV法得到的B矩阵,背景场误差中变量的长度尺度更大,说明同化中观测的水平影响范围更大。连续循环同化和预报试验表明:应用RandomCV法计算得到的B矩阵分析与预报的效果明显优于系统自带的以及BGM法得到的B矩阵,且效果与NMC法相当与NMC方法相比,采用RandomCV方法产生背景场样本具有时间和人力成本相对低的优点。 展开更多
关键词 数值天气预报 资料同化 背景场误差协方差
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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 被引量:10
14
作者 沈菲菲 闵锦忠 +1 位作者 许冬梅 王世璋 《气象科学》 北大核心 2015年第2期150-159,共10页
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... 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。 展开更多
关键词 台风 背景误差协方差 WRF模式 多普勒雷达资料
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在四维变分同化中运用集合协方差的试验 被引量:7
15
作者 张蕾 邱崇践 张述文 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第6期1124-1132,共9页
利用浅水方程模式和模式模拟资料进行数值试验比较3种不同的背景误差协方差矩阵处理方法对四维变分(4DVAR)资料同化的影响。3种背景误差协方差矩阵分别是:(1)对单一变量将背景误差协方差矩阵简化为对角矩阵;(2)将背景误差协方差矩阵的... 利用浅水方程模式和模式模拟资料进行数值试验比较3种不同的背景误差协方差矩阵处理方法对四维变分(4DVAR)资料同化的影响。3种背景误差协方差矩阵分别是:(1)对单一变量将背景误差协方差矩阵简化为对角矩阵;(2)将背景误差协方差矩阵的作用简化为高斯过滤;(3)由预报集合生成背景误差协方差矩阵并利用奇异值分解技术解决矩阵的求逆。通过一系列数值试验,比较不同观测密度、不同观测误差下3种背景误差协方差处理方法对4DVAR同化效果的影响。结果表明,背景误差协方差的结构对4DVAR有重大影响。当观测资料的空间密度不够高时,采用对角矩阵得不到满意的结果。高斯过滤方案可以明显改善同化结果,但是对背景误差特征长度比较敏感。第3种方法采用的背景误差协方差矩阵是流型依赖的,而且并不以显式的方式出现在目标函数中,避免了对它求逆的复杂运算。由于做了降维处理,在观测点的密度较低和观测误差较大时可望取得较好的同化结果,同化效果较为稳定。 展开更多
关键词 资料同化 背景误差协方差 四维变分 预报集合 奇异值分解
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雷达径向风观测在华北区域数值预报系统中的实时三维变分同化应用试验 被引量:36
16
作者 陈敏 陈明轩 范水勇 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期658-677,共20页
以实现业务应用为目标开展了区域多部雷达径向风观测资料的三维变分直接同化应用研究。重点对背景场误差协方差的方差和尺度因子进行调整,形成能够与其他常规观测资料协同同化的雷达径向风同化方案,并建立了京津冀6部多普勒雷达观测资... 以实现业务应用为目标开展了区域多部雷达径向风观测资料的三维变分直接同化应用研究。重点对背景场误差协方差的方差和尺度因子进行调整,形成能够与其他常规观测资料协同同化的雷达径向风同化方案,并建立了京津冀6部多普勒雷达观测资料的实时预处理系统。基于上述工作开展2011年汛期京津冀多普勒雷达径向风观测资料在华北区域快速更新循环同化和预报系统中的实时同化和对比试验,并对应用效果进行了初步评估。实时同化试验期间京津冀地区6部雷达经过质量控制后的径向风数据质量和同化情况的分析结果表明,同化系统有效地吸收了雷达径向风的观测信息并形成合理的分析增量,其中,S波段雷达观测的径向风数据数量、质量和稳定度均明显优于C波段雷达;整体来看,雷达径向风同化对地面和高空要素预报性能的影响基本为中性,且主要影响时段集中在最初的6 h。但降水预报评分结果表明,雷达径向风同化从降水强度、落区和范围等方面均明显提升了系统对对流尺度降水的短时预报性能。同时也应该看到,受制于目前3 h一次的同化更新频率,雷达资料同化的效果往往到对流临近时次才能体现。 展开更多
关键词 雷达径向风 资料同化 三维变分 背景场误差协方差
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流依赖球面小波背景误差协方差模型设计和初步试验 被引量:3
17
作者 张卫民 刘柏年 +3 位作者 曹小群 赵延来 朱孟斌 赵文静 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期410-420,共11页
基于资料同化集合设计了流依赖球面小波背景场误差协方差模型中背景误差方差和局地垂直相关协方差的统计计算方法。为了提高背景误差方差的估计精度,采用客观滤波技术来减少因集合样本个数不足而引入的随机取样噪声。最后在银河四维变... 基于资料同化集合设计了流依赖球面小波背景场误差协方差模型中背景误差方差和局地垂直相关协方差的统计计算方法。为了提高背景误差方差的估计精度,采用客观滤波技术来减少因集合样本个数不足而引入的随机取样噪声。最后在银河四维变分同化业务系统(YH4DVar)上设计了集合资料同化的试验系统,以流依赖背景误差方差为重点验证了模型的有效性。结果表明:基于流依赖球面小波背景误差协方差模型能够有效估计出随天气状态变化的背景场误差方差,对台风等剧烈变化的天气过程的同化分析和预报都具有一定的正效果。 展开更多
关键词 数值天气预报 变分资料同化 背景误差协方差模型 球面小波
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纬度依赖背景场误差协方差及其对台风同化和预报的影响研究 被引量:7
18
作者 陈耀登 曾腊梅 +3 位作者 HUANG Xiang-yu WANG Hong-li 高玉芳 RIZVI S R H 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2014年第4期654-662,共9页
合理的背景场误差协方差矩阵是做好变分同化的关键。为进一步认识背景场误差协方差矩阵在中尺度预报中的作用,对背景场误差协方差中平衡关系的纬度依赖特征及其对中尺度同化及预报效果的影响进行了研究。为使得平衡关系既包含纬度依赖特... 合理的背景场误差协方差矩阵是做好变分同化的关键。为进一步认识背景场误差协方差矩阵在中尺度预报中的作用,对背景场误差协方差中平衡关系的纬度依赖特征及其对中尺度同化及预报效果的影响进行了研究。为使得平衡关系既包含纬度依赖特征,又降低纬度依赖带来的非平衡的噪音信息,在背景场误差协方差矩阵构造的平衡变换过程中引入了递归滤波的方法,对平衡变换中的回归系数进行了滤波平滑。同化单点观测的理想试验表明纬度依赖的背景场误差协方差具有更合理的动力关系,且滤波后的背景场误差协方差既保持了纬度依赖特征且明显平滑了噪音信息。台风"莫拉克"同化数值模拟试验表明纬度依赖的背景场误差协方差明显提高了36 h及以上的中心海平面最低气压和路径预报的预报效果。 展开更多
关键词 数值天气预报 资料同化 背景场误差协方差 纬度依赖 “莫拉克”台风
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时间依赖的多尺度背景误差协方差研究Ⅱ——应用 被引量:3
19
作者 张旭斌 薛纪善 +2 位作者 万齐林 丁伟钰 李昊睿 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2015年第2期161-172,共12页
将基于GRAPES 3D-Var资料同化系统构造的具有时间依赖特征与多尺度特征的新型背景误差协方差应用于一个实际天气个例研究,确定出新型协方差中不同尺度标准差合适的缩放系数。该新型协方差在不同尺度的分析过程中产生了量值与尺度差异很... 将基于GRAPES 3D-Var资料同化系统构造的具有时间依赖特征与多尺度特征的新型背景误差协方差应用于一个实际天气个例研究,确定出新型协方差中不同尺度标准差合适的缩放系数。该新型协方差在不同尺度的分析过程中产生了量值与尺度差异很大的分析增量,既很好地保留大尺度背景场信息,也使局地观测信息被很好保留并有效提取。不同尺度分析增量的共同作用最终导致分析场调整出更符合天气系统尺度特征的增量,从而更大程度地调整不同尺度天气系统的结构,并进一步改进相应的降水预报。另外,将观测资料按空间分布密度高低分别同化,能更有效提取不同分布密度观测资料中不同尺度的信息。为期一个月的批量试验表明,该协方差对应的前12 h降水预报效果改善明显,尤其是强降水预报。 展开更多
关键词 三维变分 背景误差协方差 时间依赖 多尺度
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GRAPES集合卡尔曼滤波资料同化系统Ⅰ:系统设计及初步试验 被引量:20
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作者 庄照荣 薛纪善 李兴良 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第4期620-630,共11页
集合卡尔曼滤波资料同化方法,可以用集合样本统计出随天气形势变化的误差协方差,是当前资料同化领域的研究热点。主要介绍了GRAPES集合卡尔曼滤波资料同化系统的设计以及初步的试验结果。针对集合卡尔曼滤波同化实际观测资料难以实施的... 集合卡尔曼滤波资料同化方法,可以用集合样本统计出随天气形势变化的误差协方差,是当前资料同化领域的研究热点。主要介绍了GRAPES集合卡尔曼滤波资料同化系统的设计以及初步的试验结果。针对集合卡尔曼滤波同化实际观测资料难以实施的问题,采用成批观测同化的顺序同化方法进行多变量的集合卡尔曼滤波同化;为了滤除有限集合数造成的误差相关噪音和缓解求逆矩阵不满秩的问题,在水平和垂直方向都采用了Schur滤波;建立了与GRAPES预报模式的垂直坐标和预报变量一致的模式面集合卡尔曼滤波系统;集合样本的生成考虑了模式变量的空间相关和模式变量之间的相关,通过利用三维变分分析中的控制变量变换得到模式变量扰动场。通过比较GRAPES集合卡尔曼滤波资料同化系统和GRAPES区域三维变分资料同化系统的单点观测资料同化分析结果,对比背景误差相关系数的分布,验证了GRAPES集合卡尔曼滤波系统的正确性。此外,同化区域探空观测资料试验结果表明,GRAPES集合卡尔曼滤波资料同化系统能够得到合理的分析,并且具有实际运行能力。对分析结果进行12h预报表明,GRAPES集合卡尔曼滤波资料同化系统的分析协调性不如三维变分资料同化系统。 展开更多
关键词 资料同化 集合卡尔曼滤波 背景误差协方差
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