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GRAPES全球三维变分同化业务系统性能

王金成 陆慧娟 韩威 刘艳 王瑞春 张华 黄静 刘永柱 郝民 李娟 田伟红

王金成, 陆慧娟, 韩威, 等. GRAPES全球三维变分同化业务系统性能. 应用气象学报, 2017, 28(1): 11-24. DOI: 10.11898/1001-7313.20170102..
引用本文: 王金成, 陆慧娟, 韩威, 等. GRAPES全球三维变分同化业务系统性能. 应用气象学报, 2017, 28(1): 11-24. DOI: 10.11898/1001-7313.20170102.
Wang Jincheng, Lu Huijuan, Han Wei, et al. Improvements and performances of the operational GRAPES_GFS 3Dvar system. J Appl Meteor Sci, 2017, 28(1): 11-24. DOI:  10.11898/1001-7313.20170102.
Citation: Wang Jincheng, Lu Huijuan, Han Wei, et al. Improvements and performances of the operational GRAPES_GFS 3Dvar system. J Appl Meteor Sci, 2017, 28(1): 11-24. DOI:  10.11898/1001-7313.20170102.

GRAPES全球三维变分同化业务系统性能

DOI: 10.11898/1001-7313.20170102
资助项目: 

公益性行业(气象)科研专项 GYHY201206007

公益性行业(气象)科研专项 GYHY2015-06003

中国气象局数值预报GRAPES发展专项 GRAPES-FZZX-2016

详细信息
    通信作者:

    王金成, email:wangjc@cma.gov.cn

Improvements and Performances of the Operational GRAPES_GFS 3DVar System

  • 摘要: 近年来,GRAPES全球三维变分同化系统分析性能和稳定性有了长足进步。该文简要介绍了近两年GRAPES全球:三维变分同化技术的发展与改进情况,包括同化框架技术、资料同化应用技术与系统稳定性等方面。分析诊断了两年的同化循环试验结果,以探空资料作为参考,对ERA-Interim再分析场、NCEP FNL分析场和GRAPES全球三维变分分析场的统计特征进行了比较;以ERA-Interim再分析场作为参考,对NCEP FNL分析场、T639分析场和GRAPES全球三维变分分析场进行比较。结果表明:GRAPES分析场的质量明显优于T639分析场,性能上达到了业务化的要求,但相比NCEP FNL分析场还有一定差距,特别是对流层内湿度分析场的误差还比较大。
  • 图  1  探空观测的气压变量与ERA-Interim再分析场、NCEP FNL分析场和G-M3DVar分析场差别的平均值与标准差廓线(a)冬季,北半球, (b)夏季,北半球, (c)冬季,热带地区, (d)夏季,热带地区, (e)冬季,南半球,(f)夏季,南半球

    Fig. 1  Mean and standard deviations of OMERA, OMEFNL and OMGRP on standard pressure in winter and summer over the North Hemisphere, the Tropics and the South Hemisphere (a) over the North Hemisphere in winter, (b) over the North Hemisphere in summer, (c) over the Tropics in winter, (d) over the Tropics in summer, (e) over the South Hemisphere in winter, (f) over the South Hemisphere in summer

    图  2  图 1,但为u风场

    Fig. 2  The same as in Fig. 1, but for u wind

    图  3  图 1,但为相对湿度

    Fig. 3  The same as in Fig. 1, but for relative humidity

    图  4  以ERA-Interim再分析作为参考的G-M3DVar,NCEP FNL和T639高度分析场(2013年9月1日00:00至2014年8月31日18:00)平均的均方根误差(a)北半球,(b)热带地区,(c)南半球

    Fig. 4  The root mean square error of NCEP FNL, T639 and G-M3DVar analyses for geopotential height against ERA-Interim reanalysis over the North Hemisphere (a), the Tropics (b) and the South Hemisphere (c)(from 0000 UTC 1 Sep 2013 to 1800 UTC 31 August 2014)

    图  5  图 4,但为u风场

    Fig. 5  The same as in Fig. 4, but for u wind

    图  6  图 4,但为比湿度场

    Fig. 6  The same as in Fig. 4, but for specific humidity

    表  1  试验中G-M3DVar同化的观测资料种类与要素

    Table  1  Observations assimilated in the experiment by G-M3DVar

    资料种类 仪器 平台 同化要素
    常规观测 探空 气压,uv风分量,相对湿度
    地面 地表气压
    船舶 地表气压
    小球测风 uv风分量
    飞机 uv风分量,温度
    卫星 AMSU-A微波温度计 NOAA-15,NOAA-18,NOAA-19,Metop-A 亮温
    AIRS红外高光谱 AQUA 亮温
    GNSS掩星 COSMIC,GRAS,GRACE-A,TerraSAR-X 折射率
    云导风 uv风分量
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  • [1] 陈德辉, 薛纪善.数值天气预报业务模式的现状与展望.气象学报, 2004, 62(5):623-633. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BJNY201333172.htm
    [2] Xue Jishan.Progresses of researches on numerical weather prediction in China:1999-2002.Adv Atmos Sci, 2004, 21:467-474. doi:  10.1007/BF02915573
    [3] 薛纪善.新世纪初我国数值天气预报的科技创新研究.应用气象学报, 2006, 17(5):602-610. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=200605103&flag=1
    [4] 陈德辉, 沈学顺.新一代数值预报系统GRAPES研究进展.应用气象学报, 2006, 17(6):773-777. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=200606125&flag=1
    [5] 张人禾, 沈学顺.中国国家级新一代业务数值天气预报系统GRAPES的发展.科学通报, 2008, 53(20):2393-2395. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KXTB200820001.htm
    [6] 薛纪善, 庄世宇, 朱国富, 等.GRAPES新一代全球/区域变分同化系统研究.科学通报, 2008, 53(20):2408-2417. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KXTB200820003.htm
    [7] 杨学胜, 胡江林, 陈德辉, 等.全球有限区域数值预报模式动力框架的试验验证.科学通报, 2008, 53(20):2418-2423. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KXTB200820004.htm
    [8] 陈德辉, 薛纪善, 杨学胜, 等.GRAPES新一代全球/区域多尺度统一数值预报模式总体设计研究.科学通报, 2008, 53(20):2396-2407. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KXTB200820002.htm
    [9] 张华, 薛纪善, 庄世宇, 等.GRAPES三维变分同化系统的理想试验.气象学报, 2004, 62(1):31-41. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QXXB200401003.htm
    [10] 庄世宇, 薛纪善, 朱国富, 等.GRAPES全球三维变分同化系统--基本设计方案与理想试验.大气科学, 2005, 29(6):872-884. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXK200506003.htm
    [11] 薛纪善, 陈德辉.数值预报系统GRAPES的科学设计与应用.北京:科学出版社, 2008.
    [12] 陈贤.GRAPES全球系统的研究发展.中国气象科学研究院年报, 2008:35-37. http://www.cqvip.com/QK/84217X/200801/32726045.html
    [13] 庄照荣, 薛纪善, 陆慧娟, 等.全球GRAPES等压面三维变分分析预报循环系统及试验.高原气象, 2014, 33(3):666-674. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYQX201403009.htm
    [14] 黄丽萍, 伍湘君, 金之雁.GRAPES模式标准初始化方案设计与实现.应用气象学报, 2005, 16(3):374-384. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20050346&flag=1
    [15] 刘艳, 薛纪善, 张林, 等.GRAPES全球三维变分同化系统的检验与诊断.应用气象学报, 2016, 27(1):1-15. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20160101&flag=1
    [16] Courtier P, Thepaut J N, Hollingsworth A.A strategy for operational implementation of 4D-VAR, using an incremental approach.Quart J Roy Meteor Soc, 1994, 120:1367-1387. doi:  10.1002/(ISSN)1477-870X
    [17] 王金成, 庄照荣, 韩威, 等.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.气象学报, 2014, 72(1):62-78. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QXXB201401005.htm
    [18] Liu Yan, Xue Jishan.Assimilation of global navigation satellite radio occultation observations in GRAPES:Operational implementation.J Meteor Res, 2014, 28(6):1061-1074, DOI: 10.1007/s13351-014-4028-0.
    [19] Fornberg B.Generation of finite difference formulas on arbitrary spaced grids.Mathematics of Computations, 1988, 51:699-706. doi:  10.1090/S0025-5718-1988-0935077-0
    [20] Kleist D T, Parrish D F, Derber J C, et al.Introduction of the GSI into the NCEP global data assimilation system.Wea Forecasting, 2009, 24(6):1691-1705. doi:  10.1175/2009WAF2222201.1
    [21] 王瑞春, 龚建东, 张林.GRAPES变分同化系统中动力平衡约束的统计求解.应用气象学报, 2012, 23(2):129-138. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20120201&flag=1
    [22] 王瑞春, 龚建东, 张林, 等.利用整层模式大气统计求解GR-APES-3DVar动力平衡约束的数值试验.热带气象学报, 2014, 30(4):633-642. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-RDQX201404004.htm
    [23] 王瑞春, 龚建东, 张林, 等.热带风压场平衡特征及其对GR-APES系统中同化预报的影响研究Ⅱ:动力与统计混合平衡约束方案的应用.大气科学, 2015, 39(6):1225-1236. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXK201506014.htm
    [24] Harris B A, Kelly G.A satellite radiance-bias correction scheme for data assimilation.Q J R Meteorol Soc, 2001, 127:1453-1468. doi:  10.1002/(ISSN)1477-870X
    [25] Derber J, Wu W.The use of TOVS cloud-cleared radiances in the NCEP SSI analysis system.Mon Wea Rev, 1998, 126:2287-2299. doi:  10.1175/1520-0493(1998)126<2287:TUOTCC>2.0.CO;2
    [26] Han W.Constrained Variational Bias Correction for Satellite Radiance Assimilation.19th International TOVS Study Conference, Korea, 2014. http://cimss.ssec.wisc.edu/itwg/itsc/itsc20/program/PDFs/2Nov/session11b/11p_05_han.pdf
    [27] 王金成, 龚建东, 王瑞春.GRAPES全球3D-Var中卫星微波温度计亮温的背景误差及在质量控制中的应用.气象学报, 2016, 74(3):397-409. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QXXB201603007.htm
    [28] 王金成, 龚建东, 赵滨.一种新的COSMIC大气折射率资料观测误差估计方法及在GRAPES全球三维变分同化中的应用.气象学报, 2015, 73(1):142-158. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QXXB201501011.htm
    [29] 郝民, 张华, 陶士伟, 等.变分质量控制在区域GRAPES-3DVAR中的应用研究.高原气象, 2013, 32(1):122-132. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYQX201301014.htm
    [30] Dee D P, Uppala S M.The ERA-Interim reanalysis:Configuration and performances of the data assimilation system.Q J R Meteorol Soc, 2011, 137:553-597. doi:  10.1002/qj.v137.656
    [31] 庄照荣, 薛纪善, 韩威, 等.探空观测黑名单检查在变分同化系统中的应用.应用气象学报, 2014, 25(3):274-283. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20140303&flag=1
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-03-22
  • 修回日期:  2016-10-12
  • 刊出日期:  2017-01-31

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