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基于高分辨率数值天气模式的往返平飘式探空轨迹预测方法及初步评估

王金成 王丹 杨荣康 曹晓钟 郭启云

王金成, 王丹, 杨荣康, 等. 2021. 基于高分辨率数值天气模式的往返平飘式探空轨迹预测方法及初步评估[J]. 大气科学, 45(3): 1−13 doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.20186
引用本文: 王金成, 王丹, 杨荣康, 等. 2021. 基于高分辨率数值天气模式的往返平飘式探空轨迹预测方法及初步评估[J]. 大气科学, 45(3): 1−13 doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.20186
WANG Jincheng, WANG Dan, YANG Rongkang, et al. 2021. A Return Radiosonde Trajectory Forecast Method and Its Preliminary Evaluation Based on High Resolution Numerical Weather Prediction Model [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 45(3): 1−13 doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.20186
Citation: WANG Jincheng, WANG Dan, YANG Rongkang, et al. 2021. A Return Radiosonde Trajectory Forecast Method and Its Preliminary Evaluation Based on High Resolution Numerical Weather Prediction Model [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 45(3): 1−13 doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.20186

基于高分辨率数值天气模式的往返平飘式探空轨迹预测方法及初步评估

doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.20186
基金项目: 国家重点研发计划项目2018YFC1506205、2018YFC1506202,中国气象局数值预报(GRAPES)发展专项(GRAPES-FZZX-2020)
详细信息
    作者简介:

    王金成,男,1981年出生,博士研究生,主要从事资料同化研究。E-mail: wangjc@cma.gov.cn

    通讯作者:

    杨荣康,E-mail: yrkaoc@cma.gov.cn

  • 中图分类号: P456

A Return Radiosonde Trajectory Forecast Method and Its Preliminary Evaluation Based on High Resolution Numerical Weather Prediction Model

Funds: National Key R&D Program of China (Grants 2018YFC1506205, 2018YFC1506202), China Meteorological Administration Special Numerical Weather Prediction (GRAPES) Development Fund (Grant GRAPES-FZZX-2020)
  • 摘要: 为了开展往返平飘式探空组网观测的仿真和模拟,以及评估组网观测对数值天气预报的影响,并实现往返平飘式探空在目标观测中的应用,本文提出了一种基于高分辨率数值天气模式的往返平飘式探空轨迹模拟和预报方法。基于我国自主研发的GRAPES区域高分辨率模式,初步建立了往返平飘式探空的轨迹预报系统。该系统将往返平飘式探空的上升段、平漂段和下降段的轨迹方程,以及下降段降落伞的动力学方程,直接嵌入到高分辨率数值天气模式中,实现对往返平飘式探空轨迹的模拟和预报。利用轨迹预测系统对63个往返平飘是探空轨迹进行轨迹预报试验和评估,试验结果表明,该系统的轨迹预测结果合理可信,6 h的轨迹预报平均误差小于40 km。
  • 图  1  安庆站2018年6月11日11时16分(协调世界时,下同)开始的往返平飘式探空下降段观测的下降速度(蓝线)、采用Lanczos滤波器滤波后的下降速度(红线)和下降段的加速度(黑线)

    Figure  1.  Observed (blue line), filtered (red line, using Lanczos method) descent speed of returned radiosonde, and the acceleration (black line) during descent stage released at Anqing station at 1116 UTC on 11 June 2018

    图  2  安庆站2018年6月20日11时17分施放的往返平飘式探空的垂直速度和高度。蓝(红)色实线是观测(模拟)垂直速度,蓝(红)色虚线是观测(模拟)的高度,速度方向向上为正值

    Figure  2.  Observed and simulated ascent speed and height of returned radiosonde as released at Anqing station at 1117 UTC on 20 June 2018. The blue (red) solid line represent observed (simulated) ascent speed, the blue (red) dashed line represent observed (simulated) height. Positive values of ascent speed represent ascending stage

    图  3  安庆站2018年6月20日11时17分施放的往返平飘式探空的轨迹。黑色线代表观测轨迹,紫色线代表模拟的轨迹,彩色阴影代表地形高度(单位:km)

    Figure  3.  Observed (black line) and simulated (purple line) trajectories as released at Anqing station at 1117 UTC on 20 June 2018. The shadings represent the terrain height (units: km)

    图  4  安庆站2018年6月20日11时17分施放的往返平飘式探空预报轨迹误差

    Figure  4.  The forecast trajectory errors of returned radiosonde as released at Anqing station at 1117 UTC on 20 June 2018

    图  5  63个往返平飘式探空模拟轨迹误差(黑色线)和平均轨迹误差(蓝色线)。红线代表2018年7月8日11时武汉站个例的轨迹预报误差,是63个样本中预报误差最大的

    Figure  5.  The simulated trajectories errors for each sample (black line) and the mean errors (blue line) for 63 samples of returned radiosonde. The red line is the trajectory error at Wuhan station (forecast error is the largest) at 1100 UTC on 8 July 2018

    图  6  2018年7月8日11时武汉站往返平飘式探空个例的观测和模拟的高度(黑色)、纬向风速u(红色)、经向风v(蓝色)。实(虚)线表示观测(模拟)值

    Figure  6.  Observed and simulated height (black lines), zonal wind u (red lines), and meridional wind v (blue lines) of returned radiosonde case at Wuhan station at 1100 UTC on 8 July 2018. The solid (dashed) lines represent observed (simulated) values

    表  1  用于验证往返平飘式探空轨迹预测系统的观测试验样本基本信息

    Table  1.   Information of selected successful returned radiosonde observations for evaluating returned radiosonde trajectory forecast system evaluation

    编号站名放球时间上升段平均升速/m s−1平漂的平均高度/m平漂持续时长/s结束观测高度/m
    1安庆2018年6月11日11:166.0230118.719576834.7
    2安庆2018年6月12日11:165.3530179.2189721011.1
    3安庆2018年6月14日11:165.9729081.119516892.6
    4安庆2018年6月15日11:185.5129994.619208418.2
    5安庆2018年6月16日11:295.2730570.718150644.5
    6安庆2018年6月18日11:205.6626865.719136912.5
    7安庆2018年6月20日11:175.5331371.2189261021.6
    8安庆2018年6月21日11:165.6529306.033902305.1
    9安庆2018年6月22日11:185.128202.6193921177.0
    10安庆2018年6月23日11:165.4330850.218992490.2
    11安庆2018年6月24日11:165.5527701.9189541405.5
    12安庆2018年6月24日23:164.427556.517696311.4
    13安庆2018年6月26日11:185.6130465.0189281888.9
    14安庆2018年6月26日23:164.5228411.912420645.9
    15安庆2018年6月27日23:204.6425180.7222341519.9
    16安庆2018年6月28日23:194.2427786.9171581830.4
    17安庆2018年6月29日11:165.4529755.9188881719.3
    18安庆2018年7月3日11:175.3629275.611298281.4
    19安庆2018年7月4日23:164.5723368.318094343.1
    20安庆2018年7月6日11:175.4729047.219284946.8
    21安庆2018年7月7日11:215.1528400.520590102.7
    22安庆2018年7月8日11:165.3130274.4205321465.7
    23安庆2018年7月9日23:194.5228146.0174901541.7
    24安庆2018年7月10日11:175.4829866.311066725.7
    25长沙2018年6月14日23:255.6723743.3190701663.2
    26长沙2018年6月28日23:205.1922580.0187241699.6
    27赣州2018年6月10日11:235.825667.9188541057.8
    28赣州2018年6月19日23:245.1324282.7191601053.3
    29赣州2018年6月21日12:075.5128330.0159401729.8
    30赣州2018年6月22日23:525.1522207.7165121965.1
    31赣州2018年6月26日23:425.1927923.86634393.1
    32赣州2018年6月29日00:005.0328332.3103041797.9
    33南昌2018年6月10日11:345.2529969.913424476.1
    34南昌2018年6月11日23:265.4722955.618912322.7
    35南昌2018年6月13日11:235.5128954.7168421267.0
    36南昌2018年6月14日23:176.0225339.419970643.6
    37南昌2018年6月15日11:145.8227247.919510606.6
    38南昌2018年6月24日11:236.1829927.2192981863.6
    39南昌2018年6月29日11:186.0428845.315660260.0
    40南昌2018年6月30日23:545.8626778.212190660.7
    41南昌2018年7月5日11:165.9227388.512650410.9
    42武汉2018年6月9日23:485.4225367.813446757.8
    43武汉2018年6月10日11:395.2829394.4178661242.4
    44武汉2018年6月11日11:345.7528057.01807248.5
    45武汉2018年6月12日23:475.027175.0114621474.6
    46武汉2018年6月14日23:264.9325345.118474292.4
    47武汉2018年6月16日11:184.9831547.318006364.3
    48武汉2018年6月17日11:265.6130091.7193521181.3
    49武汉2018年6月19日11:375.7622980.8180081507.3
    50武汉2018年6月19日23:425.4822872.12498088.1
    51武汉2018年6月20日11:165.1830033.718532979.9
    52武汉2018年6月21日11:205.2630236.018398849.0
    53武汉2018年6月24日23:285.4227809.2182421043.8
    54武汉2018年7月1日11:175.4730633.1198001272.6
    55武汉2018年7月3日23:365.4725358.318286359.7
    56武汉2018年7月5日23:255.2424751.313314147.5
    57武汉2018年7月8日11:376.1130270.1181981826.3
    58武汉2018年7月9日23:375.5925993.811694168.6
    59宜昌2018年6月9日11:276.1229254.118898946.9
    60宜昌2018年6月10日23:425.5123014.818074481.2
    61宜昌2018年6月11日11:364.9126514.11590271.6
    62宜昌2018年6月21日11:225.5828418.9187821140.5
    63宜昌2018年6月26日23:455.1827300.094381245.4
    平均值5.3927693.217481917.4
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-31
  • 录用日期:  2021-02-01
  • 网络出版日期:  2021-01-27

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