一、多种观测资料的四维变分同化对台风路径预报的影响（论文文献综述）
陈柯,洪鹏飞,韩威,李泽宇,王皓,王金成,陈昊,张志清,谢振超[1]（2021）在《基于GRAPES四维变分的静止轨道微波观测系统模拟试验研究》文中进行了进一步梳理地球静止轨道微波观测同时具有高频次、大视场和穿透云雨的全天候观测能力,因此中国在规划第二代静止轨道气象卫星"风云四号"系列时已经明确提出对静止轨道微波观测的需求。基于中国候选的50、118、183、380和425 GHz五频段静止轨道微波辐射计载荷方案,开展了地球静止轨道微波观测系统模拟试验,理解其观测时间分辨率、频段选取和观测误差对台风预报的影响。试验基于GRAPES全球四维变分同化系统,同化静止轨道微波模拟观测资料,以2018年台风"玛利亚"和"山竹"为例分析了静止轨道微波资料同化对台风预报的影响。试验结果表明,对于静止轨道微波资料同化应用,提高观测资料的时间分辨率、增加通道数量和降低噪声水平能够有效提升台风数值预报性能。
孙佳琪,杜建廷,华锋,陈耀登[2]（2021）在《CFOSAT散射计风场资料同化在台风预报中的应用》文中研究说明采用WRF（Weather Research and Forecasting）模式及其三维变分同化模块WRF-3DVar,开展了中法海洋卫星（China-France Oceanography SATellite, CFOSAT）散射计风场资料同化及数值预报试验研究,对比分析了同化常规观测资料及进一步同化CFOSAT散射计风场资料后对台风"白鹿"预报效果的影响。结果表明:与不进行资料同化相比,同化常规观测资料使台风路径预报平均绝对误差（Mean Absolute Error, MAE）降低20 km以上,中心最低海平面气压平均绝对误差降低3%以上,但中心最大风速没有明显改善;同化CFOSAT卫星散射计风场资料后,台风路径和强度的预报效果得到进一步改善,与不进行资料同化相比,台风路径预报的平均绝对误差降低30 km以上,中心最低海平面气压平均绝对误差降低约7%,中心最大风速的预报平均绝对误差降低幅度超过20%。
赵军,高山,王凡[3]（2021）在《基于四维变分同化方法的南海中尺度涡后报实验》文中研究指明海洋中尺度涡在本质上是属于满足准地转平衡的大尺度运动,因此理论上,其在短时间内的运动将主要受到准地转平衡关系的约束,而外部强迫场的影响在短期内不会明显改变其运动特征。基于上述思想,我们提出了一种基于四维变分同化初始场的中尺度涡旋预报方案。为了检验该方案的可行性,本文使用区域海洋模式（regional ocean modeling system, ROMS）和其内建的增量强约束四维变分同化（incremental strong constraint four dimensional variational, I4D-Var）模块,建立了一个南海海洋同化模拟系统。首先,通过I4D-Var方法将AVISO卫星高度计资料同化到海洋数值模拟中,获得了理想的中尺度涡同化模拟结果。同化、模式模拟和观测三者的中尺度涡统计结果表明,该同化系统模拟的南海中尺度涡的路径、半径、海表高度异常和振幅等特征信息与AVISO（Archiving ValidationandInterpolationofSatelliteOceanographicData）观测结果高度吻合,同时在深度上的分析表明,涡旋对应的温度、盐度和密度均得到有效的调整。然后,将该同化系统的模拟结果做为初始场,对某一特定时段的南海中尺度涡进行了后报模拟和结果的定量化分析。通过比较后报模拟与观测资料中对应涡旋的海表面高度异常（sea surface height anomalies, SSHA）相关系数、涡心差距和半径绝对误差,证明该方案的中尺度涡后报时效至少可达10 d以上。后报实验结果验证了该中尺度涡预报方案的可行性,从而为中尺度涡的预报提供一定的理论基础和可行性方案。
王业桂,张斌,李娟,蔡其发,兰伟仁,郭贤鹏,王广杰[4]（2021）在《云海-2掩星探测资料在全球数值天气预报模式中的同化效果评估》文中认为本文基于T799L91全球数值天气预报模式及其四维变分同化系统,构建了云海-2掩星探测资料的同化流程,并以2019年7月开展了为期一个月的云海-2掩星探测资料同化预报试验。对东亚区域、北半球和南半球的同化预报结果评估表明:在全球数值天气预报模式中,同化云海-2掩星探测资料能够有效提高预报场的准确性,提高的幅度随着预报时效和预报日数的增加逐渐增大;在更长时效的72 h、120 h、168 h预报中,云海-2掩星探测资料与GPS（Global Positioning System）掩星探测资料的同化效果在中前期相当,在中后期,同化云海-2掩星探测资料逐渐优于GPS掩星探测资料;随着预报日数的增加,联合同化云海-2掩星探测资料和GPS掩星探测资料的优势逐步显现。
沈学顺,陈起英,孙健,韩威,龚建东,李泽椿,王建捷[5]（2021）在《中央气象台全球中期数值预报业务系统的发展》文中提出回顾中央气象台全球中期数值天气预报业务系统的发展历程,重点回顾和综述中央气象台建立全球预报业务以来的科学技术进步,概括了引进的谱模式系列在本地化、业务应用及发展过程中取得的成就,着重介绍在自主发展GRAPESGFS全球中期预报系统的不同阶段取得的科技成果。
路佩瑶[6]（2021）在《WRF-3DVAR的气象资料同化对近地面风速及大气重污染过程模拟的改进》文中进行了进一步梳理位于华北平原的京津冀地区由于人为活动和气象要素的共同作用,大气污染事件频发,冬季PM2.5是该地区主要污染物之一。大气边界层结构和近地面风场是大气污染物传输扩散的重要驱动因子。因此,大气边界层和近地面风速模拟准确度直接影响空气质量模式对PM2.5的模拟效果。本文选取了2020年1月13日至2月13日作为冬季PM2.5污染的研究时段,基于研究时段京津冀地区PM2.5最优模拟选择大气边界层参数化方案,利用京津冀地区气象观测资料及WRF-Chem和WRF-3DVAR（三维变分）开展京津冀地区气象资料同化及空气质量模拟应用的研究,评估同化气象观测资料对近地面风速和大气污染过程中PM2.5模拟的改进效果。（1）大气边界层参数化方案对京津冀地区近地面风速及PM2.5模拟的影响评估为了研究边界层参数化方案对近地面风速和PM2.5浓度模拟的作用,选取YSU、MYJ和ACM2三种边界层参数化方案对京津冀地区同一污染过程进行模拟评估,结果表明:三种边界层方案对近地面风速的模拟存在差异,北京、天津、沧州、石家庄和邢台均为YSU方案模拟的风速与观测值偏差最小,该方案对京津冀地区近地面风速的模拟效果也是最好的。使用三种边界层方案分别模拟PM2.5浓度,可以看出三种边界层方案均可较好的表现出PM2.5逐日变化特征。利用多统计量评估三种边界层方案对PM2.5模拟的影响,发现无论是清洁日还是污染日,YSU方案模拟效果均为最好,其次为ACM2方案。对京津冀地区PM2.5浓度、风速和边界层高度的日变化特征进行分析,PM2.5浓度与这两种气象要素的日变化趋势均呈反相关关系;进一步分析污染过程（1月17日至19日）中PM2.5浓度、风速、边界层高度和温度的逐小时变化特征,风速增大、温度升高以及边界层高度的抬升会使PM2.5浓度降低。模式对气象要素模拟的准确度会显着影响PM2.5模拟结果。因此,选择最优大气边界层参数化方案是提高空气质量模拟的关键问题之一。（2）WRF-3DVAR气象观测资料同化对京津冀地区冬季近地面风速和PM2.5模拟的改进利用2020年1月13日至2月14日京津冀地区WRF模式模拟的一日两次预报结果,采用NMC方法统计适用于京津冀地区和研究时段的背景误差协方差（B）,得到B的特征向量、特征值和特征长度尺度,并对三层嵌套各区域B的统计结构特征进行对比,结果表明:不同区域背景误差协方差的统计结构特征具有明显差异,表明背景误差协方差与模拟区域的分辨率和地理特征密切相关,统计特定区域背景误差协方差对变分同化研究具有重要作用。基于WRF-3DVAR和WRF-Chem模式,利用常规气象观测资料进行循环同化和模拟预报,针对2020年1月13日至2月13日冬季PM2.5研究时段,分别评估同化常规观测资料对近地面风速和PM2.5模拟的改进作用,结果表明,同化和无同化的控制试验对京津冀地区逐日风速变化模拟效果良好,但均存在高估现象。利用多统计量评估发现,同化气象观测资料改进了近地面风速的模拟结果。选取2020年1月17日至19日的污染过程进一步细化分析。该污染时段内,北京、天津和保定近地面风速模拟的改进效果较为明显。同化常规观测资料在36小时以前具有较明显的改进作用。无同化的控制试验对京津冀地区污染区域PM2.5浓度的模拟存在高估现象,同化试验削弱了控制试验模拟的风场辐合强度,同时增高了边界层高度而使PM2.5模拟浓度降低。同化常规观测资料对PM2.5模拟的改进作用仍存在时效性,在12～24小时改进效果最为明显。
杨登宇[7]（2021）在《基于守恒重映射的MPAS-GSI同化预报框架及初步应用》文中研究表明资料同化技术是提高数值预报准确率的重要途径。近年来,随着数值预报模式的发展及计算机技术的提高,基于非结构网格的全球大气模式正逐渐成为主流。非结构化准均匀网格相比结构化网格更加灵活,几何适应性好,且并行计算效率更高。然而,基于非结构网格的资料同化技术尚未发展成熟,对非结构网格模式的应用形成了阻碍。本文聚焦美国新一代采用非结构球面质心泰森多边形（SCVT）网格的全球非静力大气模式MPAS-A,结合现阶段成熟的GSI全球同化系统,构建了一套MPAS-GSI同化及预报框架。该框架主要基于守恒重映射方法,将气象要素在MPAS非结构网格与GSI结构网格之间进行转换,实现资料同化与模式预报的滚动运行。文中对于同化预报框架的构建过程及原理进行了详细论述,并开展了一系列试验对该框架进行验证与应用研究,主要得到如下结论:（1）守恒重映射方法能够实现气象要素在MPAS-A的非结构网格与GSI的高斯结构网格之间的转换。二阶精度的守恒重映射方法相比一阶精度方法的转换误差更小,结合增量转换方案能使得物理量场的转换更加准确。（2）网格转换测试及单点试验结果表明,MPAS-GSI同化预报框架对于气象要素的转换结果合理,GSI系统的分析结果在MPAS-A模式中得到正确体现,且该框架对于准均匀及非均匀SCVT都有良好的适用性。（3）循环同化及预报试验探讨了同化常规观测资料与卫星辐射率资料对于分析和预报结果的影响。结果表明,经过GSI同化后,MPAS-A准均匀及非均匀网格预报得到的动力场和热力场结果在整体上获得改进。同化卫星辐射率资料相比同化常规资料能够进一步降低模式在南北半球的预报误差,表明多源观测资料得到了有效应用。梅雨期降水个例模拟结果体现出基于不同网格模拟的天气系统具备不同特征,台风个例的模拟结果显示出同化海表风场资料改善了台风周围风场的预报误差。从整体上看,同化观测资料对于降水预报和台风路径预报都具有积极意义。
冯佳宁[8]（2021）在《雷达径向风资料同化对登陆台风数值预报的改进》文中研究表明随着数值模式、资料同化手段的不断发展,热带气旋（TC,对西北太平洋海域又称台风）路径预报水平不断提升,但其强度特别是登陆过程的精细化风雨预报仍是国际难点问题。由于我国仍未开展业务飞机观测,岸基雷达是目前唯一可以对登陆TC内核精细风场和云微物理结构进行高时空分辨率观测的手段,有效利用我国沿海雷达观测资料是提升登陆台风预报的重要手段。现有雷达观测资料同化方案在一些TC个例研究中表现出了优秀的改进能力,但雷达资料对模式的改进敏感区仍不够明确,现有成熟的雷达同化稀疏化方案在应对TC天气系统时也有其固有缺陷。本论文以雷达径向风观测资料同化改进登陆TC的强度、风雨预报为主线,针对TC不同区域雷达径向风观测资料有效性、雷达稀疏化方案等开展研究。最后将这些技术进行集成,建立快速更新的台风短时临近预报系统,并对系统进行批量试验检验,取得较好的应用效果,对提升我国台风精细化风雨预报发挥重要作用。具体研究内容及结论如下:针对台风内核和外核区域雷达观测同化的有效性进行了研究,结果发现34kt风圈半径内、外的观测资料对TC“莫兰蒂”（2010）同化分析和预报均有正贡献。但内核观测对于“莫兰蒂”初始位置、强度改进效果更明显,而外核观测对于南侧外雨带结构改进优于内核资料。进一步,发现虽然内核资料仅占总数20%左右,但其对TC位置、强度的分析效果较同化全体资料更优,预报误差也更小。对于TC眼墙处降水预报,仅同化内核观测试验与同化全体资料预报水平相当,同化外核资料预报评分低于同化内核资料;对于雨带处降水,同化内核、外核资料预报水平相当,预报评分整体接近同化全体资料。综上,内核观测是改进TC“莫兰蒂”分析和预报的关键区域,雷达资料同化对台风初始位置、强度和降水预报的改进主要来自内核区观测资料贡献。针对雷达资料,本文发展了新的雷达资料空间均匀稀疏化算法（ESTM）,该方法通过引入模式网格空间,将雷达观测投影到与模式分辨率相当的水平网格内。相比于广泛采用的径向空间稀疏化算法（RSTM）,在资料总量不变的情况下,解决了雷达站附近资料过剩问题,加密了TC内核区资料,避免了RSTM中额外平均误差的引入。经过TC彩虹（2015）的个例对比试验,发现ESTM方案在TC内核区域增量更大,同化后对彩虹强度和位置的分析误差更小,TC结构更加合理,RSTM方案在雷达探测边缘及之外区域的降水空报问题也得到了改进。随后,通过2017年全年8个例批量验证后发现,ESTM同化后平均登陆位置误差比不同化下降了33%,强度误差在登陆后12h范围内降低了25%左右。对于TC登陆后极端降水量（80mm/3h）的ETS评分相比不同化提高超过100%,相比RSTM方法同化有显着进步,ESTM同化方案对预报的改进有较好的普适性。在雷达资料有效性同化的试验以及雷达资料稀疏化研究的基础上,利用WRF数值模式和集合卡尔曼滤波同化方案,本研究建立了台风快速更新短临预报系统（TRANSv1.0）,并在台风预报业务中得到应用。TRANSv1.0系统通过同化岸基多普勒雷达径向速度观测,从TC进入雷达观测网开始逐小时更新循环起报,每次预报12h。经过2020年全年6个登陆TC实时预报的误差检验,发现TRANSv1.0路径预报误差为42.8km,平均强度误差为4.4m/s（4.5h Pa）,具有较优的路径和强度预报能力。对于2020年登陆及影响台风小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨的12h降水预报评分分别为0.66、0.50、0.42、0.29、0.23和0.17。相比于目前业务参考的模式,TRANSv1.0模式在暴雨、大暴雨预报中有优势,具备特大暴雨的预报能力。填补了现有业务模式对于大暴雨和特大暴雨预报能力缺失的问题。对于大风有好的预报能力,对6-10级的阵风预报的绝对误差不超过6m/s。该系统预报产品滞后35min-1h发布,经过国家气象局预报司批复,现已业务运行,产品多次在中央气象台天气会商决策中提供参考。
窦芳丽[9]（2021）在《风云三号微波湿度计台风降水云区资料的仿真和同化》文中研究说明星载微波遥感仪器在云和降水区的观测包含与天气系统的热力、动力过程相关的关键大气信息,具有提高灾害性天气预报准确度的潜力,因此在过去十年间,全球各数值预报中心都逐步开展了微波资料的云降水区同化研究,我国自主研发的数值预报模式对云和降水区的观测信息需求日益迫切。微波探测仪资料云降水区同化因存在辐射传输计算不准确、云降水区同化技术方案不完善等问题,是国际学术界的研究热点,尤其是在存在固态水凝物的热带对流降水云区的同化挑战性较大。本文针对风云三号星微波湿度计（Microwave Humidity Sounder,MWHS）资料在台风降水云区的同化开展研究,取得的进展和结论如下:（1）建立MWHS全天候观测仿真模型,采用观测模拟偏差分析、垂直截面分析和亮温概率密度分布分析对全天候观测仿真模型的模拟效果进行了分析,利用欧洲中期天气预报中心全球模式进行对比验证,结果表明全天候仿真低估了云中水凝物的散射作用,区域模式比全球模式存在更严重的预报云错位问题。目前国内外研究对MWHS通道,尤其是118GHz通道的云降水区观测信息缺少定量评估,本文利用两种方法对该问题进行了研究:利用雅可比矩阵方法计算了各通道对水凝物的敏感性和敏感高度,利用自由度减少方法定量评估了各通道在台风对流降水云区的大气和云信息量,结果表明,118GHz频段和183GHz频段在台风对流降水云区的观测主要信息量均来自于雪,分别占该频段湿大气总信息量的98.2%和76.8%,118GHz通道穿透能力强,能够探测到的高度更低,且通道数较多,因此比183GHz包含更多雪信息量。（2）为改进全天候仿真精度,对辐射传输模式的雪粒子散射计算方案进行了改进。数值模式云的错位问题是影响全天候观测-模拟偏差计算的关键,本文提出了一种新的基于主被动联合观测的方法,主被动联合的观测-模拟偏差能够减轻云错位问题造成的影响,精确评估不同非球形散射计算方案的模拟效果。基于该方法建立了适用于微波湿度计台风区观测的雪粒子散射方案,优选出大块状聚合体、盘状等单形状假设散射方案,其中最好的大块状聚合体（Large Block Aggregate）方案计算的主被动观测模拟偏差从球形方案的-16.52K减小到1.09K,均方根误差从26.74K减小到19.03K。进一步建立了雪的非球形粒子集合方案,利用带约束的最小二乘法统计计算了非球形粒子集合散射方案中不同形状的权重比例,非球形粒子集合方案计算的平均偏差为-0.07K,均方根误差为12.68K。经多个台风场景的全天候仿真检验,非球形粒子集合方案相对于球形粒子方案能够有效的减轻全天候仿真云中水凝物散射效应偏低的问题,改进了观测-模拟偏差的分布偏度（通道9偏度从0.34改进到0.28;通道15偏度从0.51改进到0.47）和平均偏差（通道9从-3.34K改进到-3.03K,通道15从-6.77K改进到-5.15K）,使分布更接近无偏高斯分布。（3）由于台风降水云区MWHS观测信息量主要来自于雪等固态水凝物,本文对传统的一维贝叶斯反演加三维变分同化总水汽量方案进行了改进,将同化台风降水云区总水汽量的原方案替代为同化MWHS固态水凝物柱总量。基于改进的辐射传输散射方案和贝叶斯方法反演台风降水云区的固态水凝物,并通过在同化模式中耦合水凝物观测算子实现了MWHS资料在台风降水云区资料的变分同化。台风个例同化结果表明,改进的一维贝叶斯反演加三维变分同化水凝物方法能够通过影响初始场的温湿度和风场,显着改善对台风风场结构和台风最大风速的模拟,同时改善了台风降水云螺旋结构的预报。
李秋阳[10]（2021）在《加密探空资料同化对北京地区边界层数值模拟的影响》文中研究说明大气边界层是大气热量、动量以及各种物质上下输送的重要通道,边界层中发生的强对流天气、污染物传输等过程均极大地影响人类生活,引起越来越多学者的重视。但由于大气边界层具有空间尺度小、时间变化快、对下垫面敏感的特点,目前数值模拟效果不能尽如人意。资料同化是改进数值模拟结果的重要途径。本文利用2016年8月28日08时—9月2日08时在北京市宝联、朝阳和大兴三站同时进行观测实验的逐3 h加密探空资料,采用WRF及其三维变分同化系统对北京地区的大气边界层进行数值模拟试验,研究加密探空资料同化对北京地区边界层数值模拟的影响。结果发现:⑴WRF-3DVAR系统自带的背景场误差协方差矩阵不适用于高分辨率的模拟对象。模拟大气边界层需要较高的空间分辨率,且北京市地形起伏大、下垫面复杂,只有重新构建的适合模拟区域的背景场误差协方差矩阵,才能够准确、合理地反映多变量之间的相互作用关系,进一步改善模拟结果。⑵单次同化模拟试验中,同化形成的分析场较背景场更接近观测结果,更能表现边界层内真实大气的热力、湿度状态及动力特征,位温、比湿、纬向风、经向风、风速的分析场均方根误差分别较背景场的减少了86%、59%、24%、44%、19%,体现出同化的较强修正作用。加密探空资料同化的预报效果在模式积分6 h内最好,之后同化作用的大小及范围逐渐减弱。加密探空资料的站点数在空间水平方向上比较少是导致同化在分析场的改善作用明显但是效果难以持续较长时间的原因之一。⑶循环同化模拟试验中,同化试验的模拟结果更接近观测,对边界层内大气的热力、湿度状态均有较大改进,对动力特征改进较小。同化试验能够有效地模拟出城市热岛环流结构和城郊边界层低空急流。同化试验对边界层内各气象要素改进明显,尤以比湿为最,其次是位温,二者的均方根误差分别减少了46%和27%。相较而言,由于风的自身属性且北京市地形复杂,同化效果难以长时间维持,其改进程度较小,均方根误差的减少量在10%以内,但对于复杂地形上较难模拟准确的近地面风来说已有进步,表明加密探空资料循环同化对模式低层动力特征的调整作用以及对近地面风的模拟的必要性。
二、多种观测资料的四维变分同化对台风路径预报的影响（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、多种观测资料的四维变分同化对台风路径预报的影响（论文提纲范文）
（1）基于GRAPES四维变分的静止轨道微波观测系统模拟试验研究（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 静止轨道微波观测系统模拟试验方案 |
| 2.1 静止轨道微波观测系统模拟试验框架 |
| 2.2 历史大气演变（Nature Run) |
| 2.3 GRAPES全球四维变分同化系统 |
| 2.4 质量控制和偏差订正 |
| 3 静止轨道微波观测资料模拟 |
| 3.1 生成Nature Run |
| 3.2 基于RTTOV模式的场景大气亮温正演 |
| 3.3 静止轨道微波载荷观测模型 |
| 3.4 静止轨道微波观测亮温模拟 |
| 4 静止轨道微波观测系统模拟试验结果 |
| 4.1 试验案例和试验流程 |
| 4.2 不同频段观测资料的对比试验 |
| 4.3 不同噪声观测资料的对比试验 |
| 4.4 不同时间频次观测资料的对比试验 |
| 5 结论与讨论 |
（2）CFOSAT散射计风场资料同化在台风预报中的应用（论文提纲范文）
| 1 方法与数据 |
| 1.1 大气模式和同化方法 |
| 1.2 数据资料 |
| 2 台风“白鹿”及试验设计 |
| 2.1 台风简介 |
| 2.2 试验设计 |
| 3 试验结果及分析 |
| 3.1 初始场分析 |
| 3.2 预报效果分析 |
| 3.2.1台风路径分析 |
| 3.2.2 台风强度分析 |
| 4 结 语 |
（3）基于四维变分同化方法的南海中尺度涡后报实验（论文提纲范文）
| 1 模式与方法 |
| 1.1 ROMS模式设置 |
| 1.2 ROMS模式验证 |
| 1.3 涡旋的识别追踪方法 |
| 1.4 同化数据与同化方案 |
| 2 结果与分析 |
| 2.1 同化结果的验证 |
| 2.2 南海中尺度涡旋的后报模拟实验及其时效性检验通过上面的分析可以看出,I4D-Var能够很好地 |
| 3 结论 |
（4）云海-2掩星探测资料在全球数值天气预报模式中的同化效果评估（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 云海-2掩星探测资料前处理 |
| 3 弯曲角观测算子 |
| 4 云海-2掩星探测资料在T799L91模式中的同化效果评估 |
| 4.1 试验方案 |
| 4.2 试验结果 |
| 4.2.1 500 h Pa距平相关系数 |
| 4.2.2 850 h Pa风场均方根误差 |
| 4.2.3 850 h Pa温度场均方根误差 |
| 5 总结 |
（5）中央气象台全球中期数值预报业务系统的发展（论文提纲范文）
| 引言 |
| 1 谱模式全球预报系统的发展和业务应用 |
| 1.1 引进为主的初期发展阶段 |
| 1.2 消化吸收基础上的改进升级阶段 |
| 1.3 谱模式预报效果演变 |
| 2 GRAPES GFS的发展和业务应用 |
| 2.1 GRAPES模式动力框架改进 |
| 2.2 GRAPES新动力框架开发 |
| 2.3 GRAPES物理过程改进 |
| 2.4 全球变分同化框架改进和4DVar的发展 |
| 2.5 卫星资料同化技术研发 |
| 2.6 GRAPES＿GFS预报技巧演变 |
| 3 中央气象台全球预报系统的未来发展 |
（6）WRF-3DVAR的气象资料同化对近地面风速及大气重污染过程模拟的改进（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 前言 |
| 1.1 研究目的及意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1 大气边界层及参数化 |
| 1.2.2 气象变化对空气污染影响作用 |
| 1.2.3 资料同化对数值天气预报的改进 |
| 1.2.4 资料同化对大气污染模拟的影响 |
| 1.3 问题的提出 |
| 1.4 论文主要工作内容 |
| 第二章 模式和方法 |
| 2.1 空气质量模式(WRF-Chem)简介 |
| 2.2 大气边界层参数化方案 |
| 2.3 WRFDA系统及变分同化方法 |
| 2.4 背景误差协方差 |
| 2.5 模式评估方法 |
| 第三章 不同边界层参数化方案对近地面风速及PM_(2.5)模拟影响 |
| 3.1 资料说明 |
| 3.1.1 模拟区域、时间及参数设置 |
| 3.1.2 初始场、排放源及观测数据 |
| 3.2 近地面风速模拟与评估 |
| 3.2.1 不同城市风速预报效果分析 |
| 3.2.2 京津冀地区风速预报误差分析 |
| 3.3 PM2.5 模拟与评估 |
| 3.3.1 模拟结果评估与对比分析 |
| 3.3.2 模拟的PM_(2.5)浓度与气象要素的关系 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 气象观测资料同化对近地面风速及PM_(2.5)模拟的影响 |
| 4.1 观测资料介绍 |
| 4.2 试验设计 |
| 4.3 背景误差协方差特征分析 |
| 4.3.1 特征向量 |
| 4.3.2 特征值 |
| 4.3.3 特征长度尺度 |
| 4.4 近地面风速模拟效果分析 |
| 4.4.1 京津冀地区试验整体模拟结果分析 |
| 4.4.2 大气污染过程中近地面风速试验模拟结果分析 |
| 4.4.3 不同城市近地面风速试验多统计量检验分析 |
| 4.4.4 京津冀地区近地面风速试验48 小时模拟结果统计 |
| 4.5 大气污染过程中PM_(2.5)模拟效果评估 |
| 4.5.1 大气污染过程分析 |
| 4.5.2 控制试验的PM_(2.5)与地面风场模拟结果分析 |
| 4.5.3 同化试验的PM_(2.5)与地面风场模拟结果分析 |
| 4.5.4 不同城市PM_(2.5)试验模拟结果分析 |
| 4.5.5 不同城市试验边界层和温度模拟结果对比 |
| 4.5.6 控制和同化试验PM_(2.5)48 小时模拟结果统计 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 创新点 |
| 5.3 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（7）基于守恒重映射的MPAS-GSI同化预报框架及初步应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1 跨尺度大气预报模式MPAS-A |
| 1.2.2 MPAS-A模式资料同化研究 |
| 1.2.3 GSI同化系统概述 |
| 1.3 研究目的与论文框架安排 |
| 1.3.1 研究目的 |
| 1.3.2 论文的框架结构 |
| 第二章 系统介绍及同化预报框架构建 |
| 2.1 MPAS-A模式 |
| 2.1.1 模式基本框架 |
| 2.1.2 非结构SCVT网格 |
| 2.2 GSI同化系统 |
| 2.2.1 GSI系统三维变分算法 |
| 2.2.2 GSI系统全球同化方案 |
| 2.3 同化预报框架设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 同化预报框架实现方法及测试 |
| 3.1 水平网格守恒重映转换 |
| 3.1.1 守恒重映射方法 |
| 3.1.2 风场变量的转换 |
| 3.1.3 理论性能测试 |
| 3.2 垂直坐标信息转换 |
| 3.3 数据接口 |
| 3.4 框架功能测试与检验 |
| 3.4.1 网格转换测试 |
| 3.4.2 单点理想观测试验 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 同化预报框架的初步应用 |
| 4.1 循环同化及预报试验 |
| 4.1.1 试验概述 |
| 4.1.2 试验结果分析 |
| 4.2 梅雨期降水个例模拟 |
| 4.2.1 试验概述 |
| 4.2.2 试验结果分析 |
| 4.3 台风个例模拟 |
| 4.3.1 试验概述 |
| 4.3.2 试验结果分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 研究工作总结与结论 |
| 5.2 研究特色 |
| 5.3 下一步研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（8）雷达径向风资料同化对登陆台风数值预报的改进（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 雷达资料同化在台风数值模拟和预报中的研究进展 |
| 1.2.1 雷达径向风同化 |
| 1.2.2 反射率因子同化 |
| 1.3 科学问题及论文主要结构 |
| 1.3.1 科学问题的提出 |
| 1.3.2 论文主要结构 |
| 第2章 研究方法和模式介绍 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 集合卡尔曼滤波同化理论方法 |
| 2.3 中国CINRAD型多普勒天气雷达 |
| 2.4 中尺度模式WRF简介 |
| 2.5 径向速度退模糊软件 |
| 2.6 本文使用到的观测数据 |
| 第3章 台风内外核雷达资料对同化结果的敏感性分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 研究个例和同化方案设计 |
| 3.2.1 个例介绍 |
| 3.2.2 同化方案 |
| 3.3 雷达资料预处理 |
| 3.4 台风同化分析 |
| 3.5 台风同化预报 |
| 3.6 小结 |
| 第4章 空间均匀雷达资料稀疏化算法对台风同化预报的改进 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 空间均匀雷达资料稀疏化算法(ESTM) |
| 4.3 台风彩虹(2015)个例模拟分析 |
| 4.3.1 个例简介 |
| 4.3.2 数值试验设计 |
| 4.3.3 雷达观测资料 |
| 4.3.4 路径、强度同化分析和预报 |
| 4.3.5 台风结构 |
| 4.3.6 降水预报 |
| 4.4 台风批量试验验证 |
| 4.4.1 路径和强度批量评估 |
| 4.4.2 定量降水预报评分 |
| 4.5 小结 |
| 第5章 雷达同化技术在我国台风短临业务预报中的应用 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 快速更新短临预报技术方案 |
| 5.2.1 数值预报模式设置 |
| 5.2.2 雷达资料预处理 |
| 5.2.3 集合卡尔曼滤波同化方案 |
| 5.2.4 系统模块流程 |
| 5.2.5 系统运行环境 |
| 5.2.6 系统输入数据 |
| 5.3 2020 年实时预报误差检验分析 |
| 5.3.1 检验说明 |
| 5.3.2 路径和强度检验 |
| 5.3.3 降水检验 |
| 5.3.4 大风检验 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 结论与讨论 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 论文创新点及今后工作打算 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（9）风云三号微波湿度计台风降水云区资料的仿真和同化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 云降水区卫星资料同化概况 |
| 1.2.2 云降水区卫星资料同化方法 |
| 1.2.3 星载微波探测仪资料的同化 |
| 1.2.4 国内云降水区微波资料同化进展 |
| 1.3 云降水区同化中的不确定性问题 |
| 1.3.1 云降水区同化方案存在的问题 |
| 1.3.2 云降水区同化中辐射传输的不确定性 |
| 1.4 论文章节安排 |
| 第2章 散射辐射传输及卫星资料同化理论 |
| 2.1 散射辐射传输理论 |
| 2.1.1 被动毫米波散射辐射传输 |
| 2.1.2 有云大气中的散射过程 |
| 2.1.3 单粒子散射计算方法 |
| 2.2 卫星数据同化理论 |
| 2.2.1 观测和模式误差 |
| 2.2.2 观测和模式的混合:贝叶斯角度的分析 |
| 2.2.3 变分同化方法 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 台风区MWHS全天候观测仿真 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 观测资料和模式数据分析 |
| 3.2.1 微波湿度计观测资料 |
| 3.2.2 Cloud Sat二级产品资料 |
| 3.2.3 RTTOV-SCATT模式 |
| 3.2.4 WRF模式数据分析 |
| 3.2.5 ECMWF全球模式数据 |
| 3.3 基于WRF预报场的全天候观测仿真评估 |
| 3.4 基于ECMWF预报场的全天候观测仿真评估 |
| 3.5 模拟亮温对水凝物的敏感性分析 |
| 3.5.1 基于模式廓线的雅可比分析 |
| 3.5.2 基于Cloud Sat云廓线的雅可比计算 |
| 3.6 微波湿度计通道信息量分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 台风降水云区辐射传输散射方案改进 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 研究路线 |
| 4.3 数据和模式分析 |
| 4.3.1 MWHS、Cloud Sat-TC和 AMSR-2 GPROF数据 |
| 4.3.2 主被动观测匹配台风个例 |
| 4.3.3 辐射传输模式和单散射特性库 |
| 4.3.4 主被动观测对台风水凝物的目标敏感性分析 |
| 4.4 基于Cloud Sat观测的雪廓线反演 |
| 4.4.1 非球形雪粒子Z_e-IWC关系计算 |
| 4.4.2 雷达衰减订正 |
| 4.4.3 雪混合比廓线反演结果:个例研究 |
| 4.4.4 微物理特性对Z_e-IWC函数和反演的影响 |
| 4.5 MWHS辐射传输散射方案改进 |
| 4.5.1 被动辐射传输计算 |
| 4.5.2 雪散射计算最优方案选取 |
| 4.5.3 非球形粒子集合散射方案验证 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 MWHS台风降水云区资料同化 |
| 5.1 同化方法和个例介绍 |
| 5.1.1 GSI同化模式 |
| 5.1.2 云中水含量观测算子 |
| 5.1.3 1D-Bay+3DVar同化方案 |
| 5.1.4 台风个例描述 |
| 5.2 云区水凝物反演 |
| 5.2.1 MWHS云中固态水路径反演 |
| 5.2.2 MWRI云中液态水路径反演 |
| 5.3 台风同化试验和结果 |
| 5.3.1 试验设计 |
| 5.3.2 同化结果 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 论文创新点及主要贡献 |
| 6.3 未来研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（10）加密探空资料同化对北京地区边界层数值模拟的影响（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究目的和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 大气边界层研究现状 |
| 1.2.2 大气资料同化应用研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 1.3.1 研究问题的提出 |
| 1.3.2 章节安排 |
| 第二章 资料与方法 |
| 2.1 加密探空资料介绍与处理 |
| 2.2 WRF模式及其三维变分同化系统介绍 |
| 2.2.1 WRF模式介绍 |
| 2.2.2 WRF-3DVAR系统的流程框架 |
| 2.2.3 三维变分同化的原理 |
| 2.3 模式基本参数设置 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 背景场误差协方差矩阵在边界层模拟中的适用性研究 |
| 3.1 背景场误差协方差矩阵理论 |
| 3.2 背景场误差协方差矩阵的统计方法 |
| 3.3 两种背景场误差协方差矩阵的适用性对比 |
| 3.3.1 单点观测理想试验 |
| 3.3.2 单站观测模拟试验 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 单次同化模拟试验 |
| 4.1 天气背景介绍 |
| 4.2 试验参数设置 |
| 4.3 分析场诊断 |
| 4.3.1 气象要素垂直廓线比较 |
| 4.3.2 气象要素剖面图比较 |
| 4.3.3 气象要素统计量比较 |
| 4.4 预报场诊断 |
| 4.4.1 气象要素垂直廓线比较 |
| 4.4.2 温度剖面图比较 |
| 4.4.3 预报效果比较 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 循环同化模拟试验 |
| 5.1 天气背景介绍 |
| 5.2 试验参数设置 |
| 5.3 试验结果分析 |
| 5.3.1 大气边界层热力状态模拟对比分析 |
| 5.3.2 大气边界层动力状态模拟对比分析 |
| 5.3.3 大气边界层内各气象要素统计量分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 特色与创新点 |
| 6.3 研究不足与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 致谢 |
四、多种观测资料的四维变分同化对台风路径预报的影响（论文参考文献）
- [1]基于GRAPES四维变分的静止轨道微波观测系统模拟试验研究[J]. 陈柯,洪鹏飞,韩威,李泽宇,王皓,王金成,陈昊,张志清,谢振超. 气象学报, 2021(05)
- [2]CFOSAT散射计风场资料同化在台风预报中的应用[J]. 孙佳琪,杜建廷,华锋,陈耀登. 海洋科学进展, 2021(04)
- [3]基于四维变分同化方法的南海中尺度涡后报实验[J]. 赵军,高山,王凡. 海洋与湖沼, 2021(05)
- [4]云海-2掩星探测资料在全球数值天气预报模式中的同化效果评估[J]. 王业桂,张斌,李娟,蔡其发,兰伟仁,郭贤鹏,王广杰. 大气科学, 2021(04)
- [5]中央气象台全球中期数值预报业务系统的发展[J]. 沈学顺,陈起英,孙健,韩威,龚建东,李泽椿,王建捷. 气象, 2021(06)
- [6]WRF-3DVAR的气象资料同化对近地面风速及大气重污染过程模拟的改进[D]. 路佩瑶. 南京信息工程大学, 2021(01)
- [7]基于守恒重映射的MPAS-GSI同化预报框架及初步应用[D]. 杨登宇. 南京信息工程大学, 2021(01)
- [8]雷达径向风资料同化对登陆台风数值预报的改进[D]. 冯佳宁. 中国气象科学研究院, 2021
- [9]风云三号微波湿度计台风降水云区资料的仿真和同化[D]. 窦芳丽. 中国气象科学研究院, 2021
- [10]加密探空资料同化对北京地区边界层数值模拟的影响[D]. 李秋阳. 南京信息工程大学, 2021(01)