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雷达反射率因子在中尺度云分辨模式初始化中的应用Ⅱ:数值模拟试验

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气象学报 2007年第6期65卷 906-918页

作者：刘红亚徐海明薛纪善胡志晋沈桐立南京信息工程大学南京210044 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

将反演的云微物理量和垂直速度采用"牛顿连续松弛逼近"(Nudging)技术应用到GRAPES模式中,对一次梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟。通过设计不同的试验方案,分别对水汽、液态水和垂直速度对Nudging效果以及预报结果的影响进行了考察。研究... 详细信息

将反演的云微物理量和垂直速度采用"牛顿连续松弛逼近"(Nudging)技术应用到GRAPES模式中,对一次梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟。通过设计不同的试验方案,分别对水汽、液态水和垂直速度对Nudging效果以及预报结果的影响进行了考察。研究发现,采用Nudging初始化方法,可使背景场与观测反演资料相协调,实现了模式中对流的热启动,模式预报的开始时刻就产生降水,缩短Spin-up时间。水汽对降水至关重要,对降水的强度和持续时间都有重要影响;云水、雨水和垂直速度决定了初始时刻对流的强弱分布并产生降水;水平风场决定了系统的移动方向,对预报降水的落区有重要影响。模式比较成功地模拟了6 h的降水过程,中尺度天气系统的时空特征比较明显,对流中心上升速度最大值约2.0 m/s,云水含量400 hPa以上较大,最大值约1.5 g/kg,雨水含量500 hPa以下较大,最大约3.0 g/kg,底层辐合高层辐散。反演资料对降水的影响随预报时间的增加而减弱,预报1 h之内反演资料有明显影响,3 h之后的预报则主要依赖模式自身。鉴于仅使用一部雷达资料的反射率因子资料,雷达资料没有覆盖整个模式区域,天气系统被截断,反演和同化过程还采用了一些经验参数方法等原因,数值模拟结果与雷达观测之间还存在一定的差异,有待于更深入的研究。

关键词：雷达 Nudging 邻近预报云模式热启动

GRAPES全球三维变分同化系统——基本设计方案与理想试验

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大气科学 2005年第6期29卷 872-884页

作者：庄世宇薛纪善朱国富赵军朱宗申中国气象科学研究院数值预报研究中心和灾害天气国家重点实验室北京100081 国防科技大学计算机研究所长沙410073 国家气象中心北京100081

中国气象局数值预报研究中心开发了一个全球和区域统一框架的格点三维变分资料同化系统(GRAPES3D-Var)。作者给出全球版本的方案设计,采用单点观测试验检验方案设计的合理性和正确性。全球方案选择流函数、速度势、非平衡高度和相对湿... 详细信息

中国气象局数值预报研究中心开发了一个全球和区域统一框架的格点三维变分资料同化系统(GRAPES3D-Var)。作者给出全球版本的方案设计,采用单点观测试验检验方案设计的合理性和正确性。全球方案选择流函数、速度势、非平衡高度和相对湿度作为分析求解的控制变量,用线性平衡方程作为质量场和风场的动力约束,通过预调方法解决背景误差协方差矩阵阶数过大和难以求逆的问题,其中垂直变换和物理变换以及观测算子设计等方面与区域方案相同,但预调的水平变换采用球谐函数谱滤波表示背景误差协方差的水平相关模型,避免了递归滤波在高纬和极区因相关尺度过大无法实施的问题。另外,设计了一个使极区插值和差分计算完全闭合的网格以及相应的算法,解决了极点分析问题。单点观测理想试验结果表明,GRAPES 3D-Var系统能够合理给出全球任何地区的分析。

关键词：全球/区域同化预报系统全球三维变分资料同化系统谱滤波理想试验

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垂直切变气流中热带波动的结构

热带气象 1985年第1期 27-34页

作者：薛纪善广东省热带海洋气象研究所

认识热带波动的垂直结构对于揭露热带大气运动在上、下层间联系的本质以及天气预报实践都有重要意义。由于低纬地区风、压场的地转风关系不再适用,同时,水平温度场比较均匀,因而,大气上、下层间的联系不再象中、高纬度地区那样可以简单... 详细信息

认识热带波动的垂直结构对于揭露热带大气运动在上、下层间联系的本质以及天气预报实践都有重要意义。由于低纬地区风、压场的地转风关系不再适用,同时,水平温度场比较均匀,因而,大气上、下层间的联系不再象中、高纬度地区那样可以简单地用热成风关系来描述;又由于大气上、下层的基本气流往往有不同的方向,基本气流垂直切变的作用不容忽视.可以预料,热带大气波动的垂直结构是有其独特性的。本文利用伽辽金方法.导出一个求解切变气流中热带波动的一般性解法,并通过数值计算结果的分析,讨论垂直切变气流中热带波动的垂直结构特征.在本文中,我们将集中讨论热带对流层的Rossby波.

关键词：基本气流垂直结构波动切变气流

JFNK方法概述及其在大气全隐式非静力模式中的应用方案

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大气科学 2006年第5期30卷 821-833页

作者：陈嘉滨纪立人陈长胜薛纪善中国科学院大气物理研究所北京100029 南京信息工程大学大气科学系中国气象科学研究院北京100081

首先介绍了近年来新发展的非线性方程全隐式数值求解的JFNK方法,及其在地球流体力学方面应用计算实例。可看到,无论在计算精度还是计算效率方面,全隐式数值求解远远超过常规的半隐式计算格式。其次,还讨论了JFNK方法在气象非静力模式中... 详细信息

首先介绍了近年来新发展的非线性方程全隐式数值求解的JFNK方法,及其在地球流体力学方面应用计算实例。可看到,无论在计算精度还是计算效率方面,全隐式数值求解远远超过常规的半隐式计算格式。其次,还讨论了JFNK方法在气象非静力模式中应用方案,并提出了用静力假定和半隐式差分格式来构造预条件处理器,变三维求解为二维求解,简化了方程组求解难度。该方案不仅可用于差分模式,也为用譜方法求解非静力模式提供可能。

关键词： JFNK方法非线性方程预条件处理器全隐式非静力模式

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中国夏季模式降水方案的应用分析研究

干旱气象 2003年第4期21卷 6-12页

作者：徐国强薛纪善中国气象科学研究院北京100081

通过对我国夏季一次连续降水过程的模拟分析,研究了不同云降水方案在中国区域的应用特征。结果指出,使用不同的积云对流参数化方案,模拟产生的积云降水是有差异的,并且由于积云对流参数化方案的不同,也会引起网格尺度降水产生差异。

关键词：夏季降水网格尺度降水积云降水数值预报云降水

GRAPES变分同化系统中卫星辐射率资料的直接同化

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科学通报 2008年第20期53卷 2424-2427页

作者：朱国富薛纪善张华刘志权庄世宇黄丽萍董佩明中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室数值预报研究中心北京100081 国家卫星气象中心北京100081

变分方法能够处理与代表大气状态的预报模式变量有复杂非线性关系的观测资料,使得直接同化与大气状态量有着非线性关系的观测量(如卫星辐射率)成为可能.各种观测资料的同化都需要有一个对应的观测算子,观测算子给出了大气状态物理量和... 详细信息

变分方法能够处理与代表大气状态的预报模式变量有复杂非线性关系的观测资料,使得直接同化与大气状态量有着非线性关系的观测量(如卫星辐射率)成为可能.各种观测资料的同化都需要有一个对应的观测算子,观测算子给出了大气状态物理量和观测物理量之间的确定映射关系.详细介绍了GRAPES-3DVar同化系统对实际卫星辐射率资料直接同化的实现,包括系统中不同选择的模式变量所对应的空间插值、直接同化卫星辐射率观测的物理量变换和质量控制等观测算子的各个组成部分.之后,考虑实际卫星辐射率资料,进行了应用试验.为此使用NOAA17 AMSU-A和AMSU-B的辐射率资料,设计了两个同化试验方案.根据试验结果能够在清楚的物理意义上理解和反映GRAPES-3DVar系统直接同化卫星辐射率资料的合理效果.

关键词：变分方法资料同化卫星辐射率资料

中国气象局新一代数值天气预报系统（GRAPES）

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中国气象局新一代数值天气预报系统（GRAPES）

2011年“洛克”和“桑卡”双台风预报效果的初值试验研究

2006年海峡两岸气象科学技术研讨会

作者：陈德辉薛纪善沈学顺

＜正＞中国气象局新一代数值天气预报系统的英文名字为“Global／Regional Assimilation and PrEdiction System”——全球区域同化预报系统,简称“GRAPES”系统。这是在科技部“十五”国家重点科技攻关和“973”国家重大基础研究项目...

＜正＞中国气象局新一代数值天气预报系统的英文名字为“Global／Regional Assimilation and PrEdiction System”——全球区域同化预报系统,简称“GRAPES”系统。这是在科技部“十五”国家重点科技攻关和“973”国家重大基础研究项目经费支持下,中国气象局组织,依靠中国科学家自主研究开发的多尺度通用数值天气预报系统。自2000年以来,经过6年多的科技攻关,该系统己基本建立起来,GRAPES—V2．0版本于2004年3月正对外释放使用,从2003年夏天开始陆陆续续在区域和国家级气象中心进行业务化应用试验,区域GRAPES—Meso丁2006年7月份在国家气象中心正式业务化运行,从模式对台风、暴雨和冬季大雪等实时应刚试验结果看,GRAPES 模式在中尺度系统预报模拟的能力和潜力得到了初步的显示。

关键词：

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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热带气象学报 2017年第1期33卷 30-42页

作者：黄燕燕薛纪善陈子通戴光丰张诚忠陈训来中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室广东广州510640 中国气象科学研究院灾害性天气国家重点实验室北京100081 深圳南方强天气研究重点实验室广东深圳518040

采用南海台风模式,对2011年业务预报误差较大的台风"洛克"(1115)和"桑卡"(1116)双台风的初值方案进行试验和研究,目的在于寻求改进预报的线索,从而提升台风模式性能。针对"洛克"和"桑卡"台风设计了几组初值方案对比试验,结果表明,仅对... 详细信息

采用南海台风模式,对2011年业务预报误差较大的台风"洛克"(1115)和"桑卡"(1116)双台风的初值方案进行试验和研究,目的在于寻求改进预报的线索,从而提升台风模式性能。针对"洛克"和"桑卡"台风设计了几组初值方案对比试验,结果表明,仅对弱台风"桑卡"进行重定位和bogus的初值处理,与对双台风都进行初值处理相比较,两台风的路径预报误差减小。分析认为仅对弱台风作初值处理以改善其涡旋环流的影响是该双台风路径预报得以改进的原因。对2011—2012年所有弱台风进行批量预报试验,结果表明对弱台风采用重定位和bogus的初值处理,台风路径预报和强度预报的误差减小。对弱台风进行重定位和bogus初值处理,可改善模式对弱台风的预报效果。此外,目前南海台风模式中现有的bogus方法构造的涡旋相对于弱台风而言云顶偏高,可考虑发展针对弱台风的涡旋模型。

关键词：双台风南海台风模式数值模拟初值方案

资料同化对2017年登陆广东沿海台风的短期降水与路径预报影响

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热带气象学报 2019年第5期35卷 577-586页

作者：张诚忠薛纪善黄燕燕戴光丰中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室广东广州510641 中国气象科学研究院北京100081

利用华南精细数值天气预报模式,设计了无同化资料(CTRL)、同化雷达反演水汽(EXP1)以及同化雷达反演水汽、地面和探空资料(EXP2)三个试验,对2017年登陆广东沿海的四个台风降水预报与路径预报进行模拟,以评估资料同化对登陆台风短期降水... 详细信息

利用华南精细数值天气预报模式,设计了无同化资料(CTRL)、同化雷达反演水汽(EXP1)以及同化雷达反演水汽、地面和探空资料(EXP2)三个试验,对2017年登陆广东沿海的四个台风降水预报与路径预报进行模拟,以评估资料同化对登陆台风短期降水预报、路径预报的影响。分析结果如下:雷达反演水汽同化后对未来24小时降水预报技巧均有正的改善,对台风路径预报影响不大;在此基础上同化地面、探空资料后对台风路径预报有改进,对降水预报改进不明显(与EXP1比)。通过诊断分析台风“玛娃”,发现模式初值场水汽的增量配合对流上升区有利于短时间内成云致雨,从而提高短时降水预报;地面及探空资料同化有利于登陆台风的短时路径预报。

关键词：资料同化台风降水路径及预报