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GPS无线电掩星观测数据的同化试验

唐细坝  
【摘要】: 气象卫星遥感资料能够提供大范围、高时空分辨率的大气观测信息,特别是增加常规观测资料分布稀少的海洋、高原和沙漠等区域的观测信息。在数值预报中,遥感观测对有效改善数值预报的初值具有重要作用。因此,卫星观测资料的同化研究越来越受到重视。目前数值天气预报中气象卫星资料的同化应用主要针对晴空条件下进行,大量受云和降水影响的气象卫星资料被丢弃在分析系统之外而没有充分利用。然而,云雨区往往是对预报有着重要影响的敏感区域,这些区域的气象卫星观测包含有更多天气意义的信息,对于天气系统的分析和预报有着更加直接的关系。云雨区卫星资料的使用很可能是数值预报准确率继续获得改善的技术途径之一。与通过红外遥感和微波辐射获得的遥感观测资料不同,GPS无线电掩星的观测方式采用的是临边观测,它的无线电信号能够穿过浓云和降水区,观测资料受云和降水的影响较小,天气条件将不会影响GPS无线电掩星观测,且有数据精度、垂直分辨率高等特点,正好可以弥补现有卫星资料的一些缺陷。因此,GPS无线电掩星资料的同化研究具有重要的意义。 本文首先对COSMIC的GPS无线电掩星资料反演的大气温、湿廓线资料进行检验分析,利用我国全球/区域资料同化和预报系统(GRAPES)开展同化试验,评价其在数值预报中的应用价值,并对使用中存在的问题进行探讨,为COSMIC在全球业务预报中的应用打下基础。 以下是本文的主要研究工作和结论总结: 1、COSMIC资料的检验:通过计算COSMIC资料的温度和高度场的均方根误差,充分验证了GPS无线电掩星反演资料完全可以应用于资料同化系统,以改善模式初始场的质量。 2、COSMIC资料对台风“圣怕”路径预报的影响:利用2007年08月17日12时COSMIC资料及常规观测资料在GRAPES-3DVAR系统进行同化试验,得到的分析场在GRAPES区域模式里做2天的预报。研究结果表明了COSMIC资料对提高台风路径预报的能力有所帮助。 3、COSMIC资料在GRAPES全球三维变分同化系统的初步研究:利用COSMIC资料及常规观测资料在GRAPES全球同化系统做连续循环同化试验,得到的GRAPES分析场与NCEP分析场距平相关系数,并将所得GRAPES分析场做5天中期预报,研究结果表明了COSMIC资料有助于提高GRAPES全球预报能力。 4、COSMIC资料的稀疏化:将COSMIC资料稀疏化,用稀疏化的COSMIC资料及常规观测资料在GRAPES全球同化系统做连续循环同化试验,得到GRAPES分析场与NCEP分析场的距平相关系数,并将所得GRAPES分析场做5天中期预报,研究结果表明了稀疏化后的COSMIC资料有助于提高的GRAPES全球预报能力,尤其是对北半球。


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