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基于ETKF适应性观测敏感区估算系统完善与初步应用研究

作　者: 张宇
导　师: 陈德辉
学　校: 中国气象科学研究院
专　业: 气象学
关键词: 适应性观测敏感区估算 ETKF 湿度因子 2008年年初“冰冻雨雪” 台风
分类号: P456.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

适应性观测作为当前数值预报领域的热点前言问题,其提出主要是为了提高高影响天气预报质量,也是国际THORPEX科学计划的核心内容。而适应性观测策略中敏感区的估算极为重要。目前发展出了许多关于敏感区估算的理论:SV、ETKF和CNOP等。马旭林博士在2008年针对我国典型的高影响天气系统特征,根据集合卡尔曼变换(ETKF)理论,利用国家气象中心集合预报产品和其他中心集合预报产品搭建了适应性观测敏感区估算系统(ETKF-M2008)。上述系统未考虑湿度因子的影响,而在高影响天气预报中湿度场作用明显。本文通过在原干系统中加入湿度因子,使系统得到完善(ETKF-MZ2010)。利用上述系统,本文选取2008年年初“冰冻雨雪”灾害天气、0813号台风“森拉克”和0903号强热带风暴“莲花”进行了相关适应性观测敏感区估算试验和敏感区影响试验。取得以下主要结论:(1)ETKF-MZ2010中增加了湿度因子,估算所得信号方差较原ETKF-M2008系统更强:完善后系统在各个目标观测时次估算所得敏感区较原系统集中,虚假信号方差大值区也有所减少。(2)敏感区影响试验验证了完善后系统的合理性:若在系统所求敏感区作资料改进,能够有效的减少预报误差,而随机选取的敏感区对预报误差减少贡献极小;若在系统所求敏感区中引入初始误差,则验证区中误差迅速增加。(3)敏感区影响试验表明,验证区在验证时刻的预报误差和敏感区的初始场误差有着紧密联系。初始场带来的验证区误差随时间积分迅速增加,并在验证时次达到最大。(4)对“ETKF系统设置”(改变参与计算资料、信号方差度量标准)的敏感性试验结果表明:湿度因子在敏感区估算中作用明显。进入系统计算的湿度资料,为敏感区估算提供相关湿度信息;度量标准中的湿度因子能合理调整信号方差分布。包含湿度因子的系统所得敏感区更加集中,虚假信号方差大值区也有所减少。(5)湿度因子在不同的天气过程中作用不完全相同。“冰冻雨雪”灾害天气过程时湿度因子在敏感区估算中的作用较台风天气过程大。故针对不同的天气过程,应在参与计算资料和度量标准上面完善,从而得到与天气系统相对应的敏感区估算系统。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-14
  1.1 引言  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-10
    1.2.1 理论发展  8-9
    1.2.2 适应性观测外场试验  9
    1.2.3 适应性观测敏感区估算系统的建立  9-10
  1.3 论文的主要工作  10-11
    1.3.1 论文的研究目的  10
    1.3.2 论文的主要内容  10
    1.3.3 论文的主要创新点  10-11
  1.4 论文安排  11-12
  1.5 参考文献  12-14
第二章适应性观测策略和敏感区估算理论简介  14-24
  2.1 适应性观测策略  14-15
  2.2 ETKF 理论简介  15-22
    2.2.1 卡尔曼滤波基本理论公式和适应性观测  15-17
    2.2.2 集合卡尔曼滤波（EnKF）理论公式和适应性观测  17-19
    2.2.3 集合卡尔曼变换（ETKF）和适应性观测  19-22
  2.3 本章小结  22-23
  2.4 参考文献  23-24
第三章敏感区估算系统的完善  24-37
  3.1 ETKF-M2008 系统介绍  24-25
  3.2 系统的初步完善  25-26
  3.3 ETKF-MZ2010 系统检验  26-35
    3.3.1 个例试验参数  26-28
    3.3.2 试验计算结果  28-31
    3.3.3 敏感区影响试验  31-35
  3.4 本章小结  35-36
  3.5 参考文献  36-37
第四章敏感区估算的敏感性试验  37-47
  4.1 2008 年年初冰冻雨雪灾害天气概况  37
  4.2 敏感区估算的敏感性试验说明  37-38
  4.3 敏感区估算的敏感性试验  38-42
  4.4 敏感区影响试验  42-45
  4.5 本章小结  45-46
  4.6 参考文献  46-47
第五章不同天气过程的敏感区估算试验  47-58
  5.1 台风个例天气概况  47-48
  5.2 资料说明和试验参数说明  48-49
  5.3 试验结果分析  49-57
    5.3.1 “莲花”计算结果  49-55
    5.3.2 “森拉克”计算结果  55-56
    5.3.3 热带气旋过程与“冰冻雨雪”过程比较  56-57
  5.4 本章小结  57-58
第六章总结与讨论  58-61
  6.1 论文的主要结论  58-59
  6.2 论文的主要创新点  59-60
  6.3 论文尚待解决的问题  60-61
致谢  61-62
个人简介  62

基于ETKF适应性观测敏感区估算系统完善与初步应用研究

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