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1、综合评述气象卫星探测资料在数值天气预报中的应用郑祚芳沈桐立张秀丽(南京气象学院,南京210044)提要卫星遥感技术和其他非常规观测技术的发展和成熟,提供了大量的非实时、非完全、准连续的观测资料。与其他非常规观测资料相比,卫星观测资料具有水平分辨率高,观测面广阔,测量误差易于掌握等优点。分析和总结了目前卫星观测资料在数值天气预报模式中的应用情况,并对其未来发展做了一些有益的探讨。关键词:卫星云图反演资料同化数值模式1概述测)。与其他非常资料相比,卫星观测资料具数值天气预报是以积分模拟大气四维时有明显的优点:一是水平分辨率高,观测面广空运动的偏
2、微分方程组为基础的,模式的初阔,二是大量的资料来自于同一观测仪短时始场在时空上应尽可能的接近观测值且须满间的测量,因而使得测量误差易于掌握。如何足真实大气的动力和统计关系。因此,积分初充分利用这些资料,从中尽可能多的提取有始条件的优劣直接影响着模式预报的准确意义的信息,改善数值模式的初始场,从而提性,然而直接引用各种未加处理的观测值或高模式预报的准确率,是当前数值天气预报分析值作为初始场,易导致高频振荡,使计算研究中的一大难点。目前方兴未艾的四维资不稳定。因而,早些时候数值天气预报使用的料同化技术,是解决这一问题最有希望的工[1]资料只是定
3、时的常规观测资料,如探空、测风具。黄荣辉、吴津生指出,卫星资料和四维资料等。到了20世纪70年代,一方面随着数同化分析方法在短期和中期数值天气预报中值天气预报技术的发展使得常规探测手段已有着广泛的应用前景。不能满足需要,数值预报模式的空间分辨率2四维变分资料同化方法的提高,使得500km间距的高空温、压、湿资过去几十年发展起来的资料同化方法,料不能满足需要。由于探测点的稀疏,常规探可以归纳为三类。[2]空不能提供有足够精度的水平湿度梯度。而第一类为多项式内插法,其原理为寻且无论从现实还是从经济上来说,以常规手找一个多项式所表示的曲面来逼近网
4、格点周段提供半球或全球的资料都不是件容易的围区域观测的要素值,其优点是简单方便,但事。另一方面随着卫星遥感技术和其他非常结果还远不能满足模式对初态的要求。[3]规观测技术的发展和成熟,为我们提供了大第二类为统计最优插值法,是以气象量的时空非实时、非完全、准连续的观测资料要素的经验结构函数和相关函数的大量研究(不在标准观测时间内获取,为非模式变量,作依据,合理地确定权重函数,使得分析误差即不是同时给出质量和风场的垂直廓线观最小。实质上是一种均方差最小的线性插值—3—©1994-2010ChinaAcademicJournalElectroni
5、cPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net气象第27卷第9期方法,它为处理不同来源的观测资料提供了资料能够影响先前时刻的分析结果,所以这一种实用的和内部一致的手段,是目前业务种逼近是真正的四维同化,当模式或向前插预报产生最好结果的方法,世界上主要的气值是非线性的和距离函数不是二次的,则资象中心包括我国国家气象中心现今大都采用料和分析之间的关系是非线性的,由于最后这种方法作间歇同化。其缺点在于对非线性的分析值是模式解,在动力和物理方面是平模式,最优插值法外延到的时间尺度是一个衡
6、的,利用它做预报可大大减小目前中尺度困难的问题。由于采用统计方法,某些情况下数值模式中常遇到的spin2up问题(当初始它容易导致分析场的过度平滑,且动力约束时刻已经发生降水,而模式降水要在积分数和资料约束是分别进行的,不同时刻的资料小时之后才发生)。变分分析能够抑制不真实是分别考虑的,观测以非线性方式影响当前的重力波,在预报开始前,不需要初值化调整分析,不能直接同化非模式变量。过程,它可以为我们提供与模式动力学精度[4,5]第三类为变分分析法,最早由Sasaki一致的场的时间序列。变分分析适合于同化引入客观分析中,它将动力约束和资料约束非
7、常规资料(如卫星资料等),这对于弥补模以及不同时刻的观测资料统一考虑,其目的式中海洋地区资料不足和形成更精确的模式是使分析场与观测场的偏差达最小。在这一初值,从而提高模式对低纬地区系统和对流点上,它较其它方法有明显的优越性。性天气系统的预报能力都是十分有利的,目[6]LeDimet和Talagrand将不同形式的变分前四维变分同化已投入准业务实验。分析方法总结为两种:第一种方法是将原来3国内外对卫星探测资料的同化应用的有约束问题转化为无约束问题,它包括惩对于卫星云图资料的处理,首先要将其罚性算法、对偶性算法和修正的拉格朗日算反演成大气状态变
8、量如温度、湿度等,一些学法,这种方法对于复杂的约束关系求解其控者对此作了许多研究,并已取得了一定的成制方程(E2L方程),目前在数学上还有很大果,如Rodgers(1976)提供
