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基于DART+WACCM搭建的平流层同化、天气预报 和气候预测模型研究

谢飞 田文寿 郑飞 张健恺 陆进鹏

谢飞, 田文寿, 郑飞, 张健恺, 陆进鹏. 基于DART+WACCM搭建的平流层同化、天气预报 和气候预测模型研究[J]. 大气科学. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.21014
引用本文: 谢飞, 田文寿, 郑飞, 张健恺, 陆进鹏. 基于DART+WACCM搭建的平流层同化、天气预报 和气候预测模型研究[J]. 大气科学. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.21014
Stratospheric assimilation, weather forecast and climate prediction model based on DART + WACCM[J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.21014
Citation: Stratospheric assimilation, weather forecast and climate prediction model based on DART + WACCM[J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.21014

基于DART+WACCM搭建的平流层同化、天气预报 和气候预测模型研究

doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.21014
基金项目: 国家自然科学基金项目(41630421和41975047)

Stratospheric assimilation, weather forecast and climate prediction model based on DART + WACCM

  • 摘要: 本论文基于Whole Atmosphere Community Climate Model模式最新版本WACCM6和Data Assimilation Research TestBed(DART)同化工具最新版本Manhattan,开发了中高层大气温度、臭氧和水汽卫星资料的同化接口,搭建了一个包含完整平流层过程的数值同化、天气预报和短期气候预测模型(此后简称模型);本模型对2020年3~4月平流层大气变化进行了同化观测资料的模拟,并以同化试验输出的分析场作为初值,对5~6月的平流层大气进行了0~30天天气尺度预报以及31~60天短期气候尺度预测的回报试验。结果表明:本模型能较好地重现2020年3、4月北极平流层出现的大规模臭氧损耗事件随时间的演变特征,模拟结果和Microwave Limb Sounder(MLS)卫星观测结果很接近;而未进行同化的模拟试验,虽然可以模拟出北极臭氧损耗现象,但是模拟的臭氧损耗规模相比MLS卫星观测结果要低很多;利用同化试验4月末输出的分析场作为初值,预报的5月北极平流层臭氧变化与MLS卫星观测值的差值小于0.5 ppmv,预测的6月北极平流层臭氧变化只在10~30 hPa之间的区域,与观测之间的差异达到了1 ppmv。本模型不但改善了北极平流层化学成分变化的模拟,也显著地提升了北极平流层温度和环流的模拟。本模型同化模拟的3~4月、预报预测的5~6月北极平流层温度和纬向风变化与Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications, Version 2 (MERRA2)再分析资料结果具有很好的一致性,仅在北极平流层顶部,预报预测的温度和纬向风分别与再分析资料之间的均方根误差(RMSE)为~3 K和~4m/s。未进行同化的试验模拟的3~4月、预报预测的5~6月北极平流层的温度和纬向风与MERRA2再分析资料之间的RMSE在大部分区域都达到6 K及5 m/s以上。从全球范围来看,本模型对平流层中低层模拟性能改善最为显著,其预报预测结果与观测值之间的差异,比未进行同化试验的结果,减少了50%以上。
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-25
  • 录用日期:  2021-10-12
  • 修回日期:  2021-04-25
  • 网络出版日期:  2021-12-09

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