优秀成果展示——高纬度地区遥感观测资料对流尺度同化关键技术
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发布时间：2025/4/14 0:00:00
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| 成果评价编号： |
中气科成评[2024]033 |
| 评价结果： |
良好 |
| 成果名称： |
高纬度地区遥感观测资料对流尺度同化关键技术 |
| 完成单位： |
中国气象局沈阳大气环境研究所、中国气象局北京城市气象研究院、南京信息工程大学、中国气象局地球系统数值预报中心 |
| 成果形式： |
基础研究类-新方法 |
| 研究领域： |
基础研究 |
| 评价年份： |
2024 |
| 完成人： |
陈力强、李得勤、杨森、陈耀登、谢彦辉、潘晓、崔锦、王连仲、冯琎、倪卓娅、肖贤俊、公颖、易雪、王恕 |
| 成果简介： |
成果通过完成对流尺度下的同化关键技术研究，提升了模式对流尺度天气预报准确性，实现成果业务化应用。静止卫星辐射同化研究中，完成了风云四和葵花八辐射数据云检测算法、偏差订正和质量控制方法，开展了云导风产品的同化应用研究。雷达资料同化研究中，使用6种独立水物质为控制变量，构建冷云方案的雷达反射率观测算子，完成WSM6切线性和伴随代码编写，实现冷云方案的雷达反射率资料直接同化。构造了日变化BE方法，实现日变化背景场误差协方差在快更循环同化预报系统应用，结合多尺度动态混合预报技术，建立了3km分辨率集合-变分同化系统。项目执行中，发表学术论文19篇，培养硕士7人，博士2人。
1：新一代静止卫星辐射资料同化技术。全球卫星辐射资料在全球模式中得到广泛的应用，但对我国高纬度天气系统的预报能力还没有系统的应用和评估。随着我国风云等静止卫星相继发射，其在我国中高纬度地区有较好的覆盖。本成果研发了使用纯红外通道的AGRI云检测算法，采用亮温离差等方法研发了GIIRS云检测算法，研发了辐射资料偏差订正技术，卫星资料辐射资料云监测偏差订正方法。评估了风云四AGRI，葵花八AHI辐射资料在中尺度模式中的作用，发现AHI辐射资料同化中模式收敛情况较好，对模式降水预报为正效果或近中性效果；对我国风云四高光谱仪GIIRS的辐射资料进行逐通道和像元的质量分析，完成GIIRS通道选择，为区域模式中的应用打下了基础。
2：基于冷云方案的雷达反射率直接同化技术。微物理参数化方案的线性化是一个挑战性的工作，过于复杂的微物理过程的线性化过程很难达到，目前基于WRFDA的中尺度数值预报同化系统中所使用的微物理参数化方案基于暖雨Kessler方案建立。由于该方案中不包括冰相和雪的水物质，不适用于高纬度地区的降水过程，所以，需要在同化系统中加入更加复杂的微物理参数化方案。成果中首次在中尺度模式中基于WSM6建立了冷云的同化方案，并验证了其准确性，验证其同化效果较暖云方案具有一定的优势；还完成了双偏振雷达4个偏振量直接同化方法研发，为我国已经和即将升级的偏振雷达资料的同化应用奠定基础。
3：对流尺度集合-变分同化方法。研发了日变化背景误差协方差的生成及在快速更新循环同化预报系统的应用技术，实现模式系统在一天内高频次同化背景误差的变化，较传统的固定背景误差具有优势。研发天气尺度背景场和区域模式对流尺度信息混合技术并实现在快更同化预报系统的应用，保证高频次同化大尺度背景的稳定和对流尺度系统的保留。
成果认定专家认为，该成果整体达到了国内领先水平，其中冷云四维变分同化技术达到了国际先进水平。
1静止卫星辐射资料可以为我国提供连续的高时空分辨率的四维天气变化观测信息，对提高高分辨率的区域数值模式，尤其是快速更新的短临预报模式能力非常具有潜力。本成果在风云四和葵花八辐射资料的同化研究应用，以及极轨卫星微波辐射资料同化研究取得重大进展，实现葵花八AHI辐射资料在睿图模式的业务应用，并取得较好预报效果。2研发完成的基于冷云方案的雷达反射率直接同化技术，有效提高了雷达资料的同化效果，对改进区域模式对流尺度系统的预报有很好的应用前景，进而提高我国的强对流预报能力；完成WSM6冷云微物理过程切线性和伴随代码，在卫星、雷达等有复杂相变过程资料同化中有广阔应用前景。3多尺度动态混合预报技术提高了数值预报初始场的质量，缓解冷启动带来的问题，已经在北京区域气象中心模式中得到业务应用，日变化背景误差协方差的生成和应用技术在快速更新循环同化预报系统有很好的应用前景。区域集合-变分同化技术在区域数值模式系统中实现业务应用，较三维变分同化具有更好的预报稳定性。项目的研究成果可直接服务于数值天气预报业务、强对流天气预报预警服务、重大活动气象保障服务以及深入广泛的行业应用，将产生极为重要的社会经济效益。 |
