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Relationships of along-the-track local variations of gps ro impact parameter to strong local vertical gradient of wet refractivity in the tropics

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Science China Earth Sciences 2021年第11期64卷 2015-2026页

作者： Shengpeng YANG Xiaolei ZOU Joint Center of Data Assimilation for Research and Application Nanjing University of Information Science&TechnologyNanjing 210044China

Atmospheric refractivity fields are more strongly affected by more water vapor in the tropical lower troposphere than *** this study,based on model simulations,we first collocated the radio occultation(ro)data in 2009 from the Constellation Observing System for Meteorology,Ionosphere,and Climate(COSMIC)with CloudSat cloud profiling radar *** then investigate where and why a ro ray path intersects with other simulated rays of impact heights above and/or below the impact height of the *** the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts ERA5 reanalysis as input to a raytracing observation operator,we show that the simulated impact parameters could vary along the ray in the tropical lower *** brevity,an intersection of a gps ro ray path with rays above it or below it or both will be called an impact *** overlapping simulated ray trajectories over the vertical and horizontal gradients of refractivity in 2D occultation planes,impact multipath occurrences are vividly *** results show that the impact multipath is caused mostly by strong local vertical gradients of atmospheric wet refractivity mostly within 300 km horizontal distances from their perigee *** impact multipath occurs more frequently below 5-km impact height,with a maximum occurrence around the 3.4 km impact height(about 1.8 km geometric height).It is shown that both the simulated impact multipath phenomena and locally strong vertical gradients of wet refractivity are found in both cloudy and clear-sky conditions,and most frequently in presences of stratocumulus clouds.

关键词： gps ro Multipath Troposphere

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The Impact of Assimilating FY-3C GNOS gps Radio Occultation Observations on GRAPES Forecasts

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Journal of Tropical Meteorology 2020年第4期26卷 390-401页

作者： WANG Jin-cheng GONG Jian-dong HAN Wei Numerical Weather Prediction Center China Meteorological AdministrationBeijing 100081 China National Meteorological Center China Meteorological AdministrationBeijing 100081 China

In the present study, a gross quality control (QC) procedure is proposed for the Global Navigation Satellite System Occultation Sounder (GNOS) Global Positioning System radio occultation (gps ro) refractivity data to remove abnormal data before they are assimilated. It consists of a climate extreme check removing data outside the range of the Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere and Climate (COSMIC) climate maxima and minima over approximately five years, and a vertical gradient check that rejects profiles containing super-refractions. These two QC steps were applied sequentially to identify outliers in GNOS gps ro refractivity data during boreal winter 2013/*** of the abnormal refractivity profiles and the outliers at each level of the GNOS gps ro observations were effectively removed by the proposed QC procedure. The post-QC GNOS gps ro refractivity observations were then assimilated in the Global/Regional Analysis and PrEdiction System (GRAPES) using the three-dimensional variational(3D-Var) system. The impacts of the GNOS refractivity observation on GRAPES analysis and forecasting were evaluated and analyzed using an observation system experiment run over one whole winter season of 2013/2014. The experiment results demonstrated a positive impact of GNOS gps ro data on analysis and forecast quality. The root mean squared error of GRAPES analysis temperature was reduced by 1%in the Southern Hemisphere (SH) extratropics and in the tropics, and the anomaly correlation scores of the forecasted 500-hPa geopotential height over the SH increased significantly during days 1 to 5. Overall, the benefits of using GNOS gps ro data are significant in the SH and tropics.

关键词： GNOS FY-3C gps ro Global NWP data assimilation GRAPES

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gps无线电掩星资料同化技术研究

GPS无线电掩星资料同化技术研究

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作者：朱孟斌国防科学技术大学

学位级别：硕士

全球定位系统（Global Positioning System，简称gps）的无线电掩星技术（RadioOccultation，ro）能提供一种大气观测资料，其具有准实时、不受云雨影响、高垂直分辨率、不需要校验和平均分布于全球等优良特性。高时空分辨率的空基gps... 详细信息

全球定位系统（Global Positioning System，简称gps）的无线电掩星技术（RadioOccultation，ro）能提供一种大气观测资料，其具有准实时、不受云雨影响、高垂直分辨率、不需要校验和平均分布于全球等优良特性。高时空分辨率的空基gps资料，能有效改善数值天气预报模式的温度场、湿度场以及其他要素初始场的质量，对提高模式的预报能力起到了积极的作用。本文认真研究了gps ro资料的变分同化技术，分四章分别从四个方面对gpsro资料变分同化的关键技术的基本算法、具体实现、试验结论等进行了详细的阐述和讨论。局地一维折射率算子是最容易实现的掩星观测算子，并且在弯曲角算子中也需要计算出局地折射率的值，所以针对折射率算子因子取值的讨论是完全有必要的。经过试验发现采用三项表达式要精确于两项表达式，同时对于Rueger提出的因子仍然存在不足，有待试验进一步进行验证。一维弯曲角算子的变分同化实现是本论文的重点和主要工作。在全球四维变分资料同化系统中实现一维弯曲角算子不但要实现正演算子，还要实现其相应的切线性算子和伴随算子，其中伴随算子的实现是极其关键和重要的。在全球变分资料同化试验中引入gps掩星资料后对南北半球位势高度分析场的影响十分明显，针对2011年9月和10月进行WMO标准的月平均统计检验对比试验显示，gps ro观测能减小全球中期预报对分析的均方根误差，预报第8天的距平相关系数可以提高10%左右。同时用同化gps ro资料后产生的分析场连续作为台风预报的初始场，台风的路径更加接近实际路径且预报效果更加稳定。二维弯曲角相对于一维弯曲角算子具有在中低对流层更加精确的优势，但是其计算量增加非常大，并且对于一个弯曲角廓线，其主要部分在高对流层和平流层，中低对流层的占比和精确度都不高，所以，其对系统预报整体性能的提升并不明显。最后，针对gps ro中最重要的掩星观测误差统计模型进行了详细的分析、试验和讨论，同时针对折射率和弯曲角观测误差分别分析并实现了详细的误差模型，针对弯曲角的相关误差模型将是未来研究的重点。

关键词： gps ro 变分同化弯曲角算子观测误差

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福卫三号资料对于区域天气预报之影响

福卫三号资料对于区域天气预报之影响

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2009年海峡两岸气象科学技术研讨会

作者：陈舒雅郭永润冯钦赐郭英华滕春慈潘琦 Meteorological Information Center “Central Weather Bureau”Taiwan National Center for Atmospheric Research USA University Corporation for Atmospheric Research USA

本研究主要探讨福尔摩沙卫星三号（FORMOSA Satellite #3/Constellation Observing System for Meteorology,Ionosphereand Climate,简称FORMOSAT-3/COSMIC）对于区域天气预报之影响。目前国际间许多数值预报中心,已将gps（Global Positioning System）掩星（radio occultation,ro）观测资料应用于数值模式预报作业中。由研究结果显示,于"中央气象局"（Central WeatherBureau,CWB）作业用之区域模式范围内,同化gps ro资料确实有助于区域天气预报仿真,然而针对gps ro资料,如何在目前的基础上,更进一步改善模式之初始分析场,使得到更佳的预报仿真,为我们所关注的议题。在变分同化系统中,误差协方差矩阵差扮演了很重要的角色,因此,本研究针对gps观测误差进行调整,利用Desroziers and Ivanov（2001）的方法,进行观测误差调整系数估计,并测试使用不同观测误差对于资料同化之影响。经由与实际观测资料进行校验结果显示,同化gps资料后明显改善初始分析场,进而改善模式预报场。随着预报仿真时间增加,模式预报之偏差（Bias）亦增加,虽然gps资料同化之改善程度随仿真时间增加而减小,就整体而言,同化gps资料可改善模式预报场约10%-15%,使用调整后之观测误差,可得到更进一步的改善。另外,简化gps资料之垂直分辨率（data thinning）,并应用于2008年夏季及冬季各一个月之同化仿真实验。由校验结果显示,夏季之分析场于模式低层（约5公里以下）有些许改善,但对于预报场则不然。

关键词： gps ro WRFDA

来源： cnki会议评论

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