GRAPES地面风场同化方案研究

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1、第24卷第6期热带气象学报Vol.24，No.62008年12月JOURNALOFTROPICALMETEOROLOGYDec.，2008文章编号：1004-4965(2008)06-0629-12GRAPES地面风场同化方案研究1，221丁杨，庄世宇，顾建峰(1.上海中心气象台，上海200030；2.中国气象科学研究院数值预报中心，北京100081)摘要:随着预报准确度要求以及同化分析循环周期的缩短，具有高时空分辨率的地面观测资料在同化系统中也越来越受到重视，而且一个好的资料同化系统应该能够给出模式近地面动力、热力和湿度状况的合理分析。利用GRAPES区域同化预

2、报系统(GRAPES——GlobalandRegionalAssimilationandPredictionEnhancedSystem)，在近地层Monin_Obukhov相似理论的基础上，考虑了边界层的动力和湿热力约束，建立新的地面风场观测算子。将此新方案与目前GRAPES系统使用的三次样条插值的地面同化方案进行高度场预报试验、统计试验以及降水预报的TS评分比较，结果表明，加入新方案地面风场资料同化后，预报效果和对降水的预报能力都比旧方案有所提高。关键词：地面风场资料同化；边界层约束；GRAPES系统中图分类号：P435文献标识码：A式预报受边界层的影响大小不

3、同，因此一个好的边界1引言层代表性非常重要，它对模式最低层到其上各层的分析都起到了平滑过渡的作用，保证在初始化过程中垂资料同化的目的是利用各种观测信息和模式背直方向上是一个协调相容的场，并可以保留由分析所景信息，为数值模式提供最优的初值。目前观测信息产生的偏差信息。Yee和Jackson(1988)强调虽然地面来源众多，其中地面观测是其重要的组成部分，如何观测的信息中不包含高层大气观测的信息，但是可以有效同化地面观测资料对于三维资料同化来说意义利用地面观测值和模式最低层的预报值之间的差值重大。具有高时空分辨率的地面观测资料使得地面变来订正模式其它层。量分析对于中尺

4、度预报很有价值。在陆地上，地面观目前，由于地面风场观测资料受地形、地貌的影测主要来源于常规地面观测站和自动气象站(AWS)。响较大，且一般模式地形与实际观测站地形存在一定目前，我国有2000多个人工自动站，仅广东省就有的高度差异，因此将地面资料充分应用到数值模式中600多个地面自动观测站，且还在陆续建地面自动站。的研究工作相对于雷达卫星等其它非常规资料的同地面观测的空间覆盖率远大于探空，而且自动气象站化工作少许多，进展也不是很大。如何有效地解决模可提供1小时一次基本要素观测，甚至10分钟1次的降式地形与观测站地形高度差异问题成为地面资料同水。观测频率之高，是临近预

5、报四维同化的最重要来化的一个基本问题。源之一。但目前我国大量的地面观测资料的利用率很1980年代许多气象学家如Hessler、Hutchinson、低，基本只作存档或过程分析总结之用，没有有效进Andersson以及Benjamin多使用单变量的最优插值对入数值模式去改善数值结果，在很大程度上造成了资温度问题进行了同化分析，而对地面风场的同化研究源的浪费。[1-4]很少。地面资料中包含有高频的边界强迫信息，将地面[5]1996年Ruggiero等采用Bratseth(1986)的逐步资料同化到模式会得到一个好的边界层预报。由于模订正法，将地面风场资料由观测面插值到

6、模式面上，收稿日期:2007-06-05;修订日期：2008-01-18基金项目：国家自然科学基金项目(40675064)资助通讯作者:丁杨，女，回族，宁夏银川人，硕士，从事资料同化工作。E-mail:moonding360@163.com630热带气象学报24卷然后利用边界层相似理论的约束条件，把地面层的性法。质传播到上层，完成地面资料的同化。虽然在2000本文的主要内容:修改了GRAPES地面风场观[6]测算子、切线性和伴随模式的计算方案，利用近地层年Ruggiero等又对1996年的同化方案进行了改进，但由于这种方案采取了相对简单的插值方法，所以它Monin

7、_Obukhov(下称M_O)相似理论，建立了以近地面边界层的动力和湿热力约束为基础的地面观测算的计算准确度较低。[7]子。第2节介绍了GRAPES地面风场新的观测算子实2002年Guo等在NCAR与Korea合作过程中现的具体步骤；第3节给出了一些模拟试验及结果，就自动气象站(AWS)的同化方法，列举了他以前所提首先做了一组连续试验，比较了新GRAPES3DVAR[7]出的旧方案的优缺点，并针对旧方案剔站较多的缺地面观测算子下的更新向量和分析余差的统计特征，点提出了新的同化方法，即假设所有测站都在模式面来验证同化分析特征在新的观测算子中是否可以依[8]上，在MR

8、FPBL方