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WRF模式三维变分中背景误差协方差估计

王曼 李华宏 段旭 刘建宇 符睿 陈新梅

王曼, 李华宏, 段旭, 等. WRF模式三维变分中背景误差协方差估计. 应用气象学报, 2011, 22(4): 482-492..
引用本文: 王曼, 李华宏, 段旭, 等. WRF模式三维变分中背景误差协方差估计. 应用气象学报, 2011, 22(4): 482-492.
Wang Man, Li Huahong, Duan Xu, et al. Estimating background error covariance in regional 3DVAR of WRF. J Appl Meteor Sci, 2011, 22(4): 482-492.
Citation: Wang Man, Li Huahong, Duan Xu, et al. Estimating background error covariance in regional 3DVAR of WRF. J Appl Meteor Sci, 2011, 22(4): 482-492.

WRF模式三维变分中背景误差协方差估计

资助项目: 

云南省面上基金项目 2009CD145

云南省科技攻关及高新技术计划 2006SG25

中国气象局成都高原气象研究所开放基金 LPM2009012

详细信息
    通信作者:

    王曼, E-mail: wangmanbox@163.com

Estimating Background Error Covariance in Regional 3DVAR of WRF

  • 摘要: 利用WRF模式2008年5—10月逐日预报结果,通过NMC方法进行背景误差协方差 ( B ) 估计。给出其结构特征,进行单点数值试验,并利用不同 B 进行1个月的数值模拟试验,检验模拟降水效果。结果表明:通过单点数值试验验证估算的 B 结构合理。不同的 B ,资料同化过程差别较大,应用重新统计的 B ,同化效率更高,目标函数收敛更稳定。模式模拟降水预报效果有所差别,经过重新统计与预报模式区域和各种参数相匹配的 B ,模式预报效果在中雨及以上量级优于通用的 B 预报效果。因此,在应用三维变分同化系统时,重新统计 B 非常必要。
  • 图  1  背景误差协方差与控制变量转换算子的关系

    Fig. 1  The relation between background error covariance and control variable transformation operator

    图  2  平衡势函数、平衡温度与其完整场的比值

    Fig. 2  The ratio between balanced and full velocity potential, temperature

    图  3  控制变量的前5个特征向量

    Fig. 3  The five eigenvectors of control variables

    图  4  控制变量各模态的特征值

    Fig. 4  The eigenvalues of control variables

    图  5  分析变量特征长度尺度分布

    Fig. 5  Lengthscales of control variables

    图  6  纬向风单点观测同化试验 (a) 纬向风分析增量场 (单位:m·s-1),(b) 经向风分析增量场 (单位:m·s-1),(c) 气压分析增量场 (单位:Pa),(d) 温度分析增量场 (单位:K)

    Fig. 6  The assimilation test of zonal wind speed single observation

    (a) zonal wind increment structure (unit:m·s-1), (b) meridional wind increment structure (unit:m·s-1), (c) pressure increment structure (unit:Pa), (d) temperature increment structure (unit:K)

    图  7  温度单点观测同化试验

    a) 温度分析增量场 (单位:K), (b) 纬向风分析增量场 (单位:m·s-1),(c) 经向风分析增量场 (单位:m·s-1),(d) 气压分析增量场 (单位:Pa)

    Fig. 7  The assimilation test of temperature single observation

    a) temperature increment structure (unit:K), (b) zonal wind increment structure (unit:m·s-1), (c) meridional wind increment structure (unit:m·s-1), (d) pressure increment structure (unit:Pa)

    图  8  纬向风 (a,b) 和温度 (c,d) 单点观测同化试验

    (a) 纬向风分析增量场 (单位:m·s-1),(b) 经向风分析增量场 (单位:m·s-1),(c) 温度分析增量场 (单位:K), (d) 纬向风分析增量场 (单位:m·s-1),

    Fig. 8  The assimilation test of zonal wind (a, b) and temperature (c, d) single observations

    (a) zonal wind increment structure (unit:m·s-1), (b) meridional wind increment structure (unit:m·s-1), (c) temperature increment structure (unit:K), (d) zonal wind increment structure (unit:m·s-1)

    图  9  2009年6月30日20:00 700 hPa风矢量

    (a) 初始场, (b) 应用CV3-B的增量场, (c) 应用本地化B的增量场

    Fig. 9  The wind vector fields of 700 hPa at 20:00 30 June 2009

    (a) initial guess field, (b) the increment field using CV3-B, (c) the increment field using the updated B

    图  10  2009年6月30日20:00—7月1日08:00降水量 (单位:mm)

    (a) 实况,(b) 应用本地化B模拟,(c) 应用CV3-B模拟,(d) 模拟差值 (本地化B-CV3-B)

    Fig. 10  Accumulated precipitation from 20:00 30 June to 08:00 7 July in 2009(unit:mm)

    (a) observation, (b) simulated precipitation using updated B, (c) simulated precipitation using CV3-B, (d) the difference of simulated precipitation with different B(updated B minus CV3-B)

    表  1  CV3-B和本地化B作为背景误差协方差WRF模式降水预报检验

    Table  1  The precipitation forecast test with CV3-B and updated B in WRF

    量级 TS/% ETS 偏差
    CV3-B 本地化B CV3-B 本地化B CV3-B 本地化B
    小雨 71.880 68.738 0.583 0.554 1.48 1.63
    中雨 17.179 19.850 0.096 0.116 1.77 1.97
    大雨 8.091 8.729 0.060 0.059 1.75 1.21
    暴雨 6.783 7.719 0.045 0.052 1.88 1.71
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-10-20
  • 修回日期:  2011-04-03
  • 刊出日期:  2011-08-31

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