《數(shù)值天氣預(yù)報(bào)》復(fù)習(xí)總結(jié)

1、引言數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的定義在給定初始條件和邊界條件的情況下， 數(shù)值求解大氣運(yùn)動(dòng)方程， 由已知初始時(shí)刻的大氣狀態(tài) 預(yù)報(bào)未來時(shí)刻的大氣狀態(tài)數(shù)值預(yù)報(bào)模式的主要內(nèi)容 初始場(chǎng)（資料同化） 數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式需要一個(gè)初始時(shí)刻的狀態(tài)作為初始場(chǎng)， 達(dá)、衛(wèi)星及其他費(fèi)常規(guī)觀測(cè)資料同化而成。動(dòng)力框架 （數(shù)值方法 ） 基于七個(gè)基本方程， 根據(jù)預(yù)報(bào)的時(shí)空尺度和預(yù)報(bào)對(duì)象對(duì)方程組進(jìn)行簡(jiǎn)化， 式進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。物理過程 （參數(shù)化 ） 數(shù)值模式基于動(dòng)力框架通過物理過程參數(shù)化來描述不同尺度的天氣過程。 的優(yōu)化和改進(jìn)對(duì)數(shù)值模式預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的提高起著關(guān)鍵的作用。而初始場(chǎng)一般由常規(guī)觀測(cè)資料和雷使用不同的差分方其中對(duì)參數(shù)化過程數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的特點(diǎn)種

2、類繁多；空間、時(shí)間分辨率高；時(shí)空分布的連續(xù)性好；預(yù)報(bào)誤差特征極其復(fù)雜促進(jìn)數(shù)值預(yù)報(bào)迅速發(fā)展的因素 探空技術(shù)及先進(jìn)的探測(cè)技術(shù)的發(fā)展； 通訊技術(shù)的發(fā)展； 動(dòng)力氣象和天氣學(xué)的發(fā)展； 計(jì)算機(jī)和 計(jì)算技術(shù)的發(fā)展數(shù)值預(yù)報(bào)的主要挑戰(zhàn) 次網(wǎng)格尺度的物理過程 由于大氣是一種具有連續(xù)運(yùn)動(dòng)尺度譜的連續(xù)介質(zhì)，故不管模式的分辨率如何高;總有一些接近于或小于網(wǎng)格距尺度的運(yùn)動(dòng) （見數(shù)值天氣預(yù)報(bào)常用計(jì)算方法 ），無法在模式中確切地反映出 來，這種運(yùn)動(dòng)過程稱為次網(wǎng)格過程。非線性方程的數(shù)值解 雖然在適當(dāng)條件下，可以證明某些線性微分方程組的穩(wěn)定格式的數(shù)值解， 能夠近似表示相應(yīng)的微分方程組的真解， 但對(duì)于非線性微分方程來說， 兩種解卻

3、可能不完全 一致。已有證據(jù)表明雖然有時(shí)候數(shù)值解是計(jì)算穩(wěn)定的;但卻與真解 （這是特殊情況，真解是已知的 ）毫無相似之處。初值形成問題 它包括初值處理、衛(wèi)星資料的應(yīng)用和四維同化等問題，這些問題至今尚未很好解決。誤差（1）分析誤差 :目前，觀測(cè)系統(tǒng)并不完全按照天氣預(yù)報(bào)的要求建立的，而且觀測(cè)資料包含各種 不同類型、 不同分布密度、不同觀測(cè)頻率和觀測(cè)精度?；谶@種不完善的觀測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)，所 得到的資料同化分析場(chǎng)與真實(shí)大氣之間必然存在差異， 這種來自分析場(chǎng)上的誤差導(dǎo)致了模式 計(jì)算上的誤差。（2）模式誤差 :模式的水平和垂直分辨率不夠精細(xì)，物理過程參數(shù)化不夠完善，難免有這種或 那種的假定或簡(jiǎn)化，很難完全描寫真

4、實(shí)大氣特征而造成誤差。不確定性(1) 初值的不確定性 :觀測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)空分辨率，不同觀測(cè)儀器 (直接與反演 )的隨機(jī)誤差與系統(tǒng)誤差導(dǎo)致初值的誤差。(2) 物理過程的不確定性 :例如云物理過程 ;相態(tài)轉(zhuǎn)化過程， 邊界層過程陸面過程 ;積云參數(shù)化過 程，在實(shí)際大氣中，每一次過程、每一個(gè)區(qū)域的這些物理過程都可能存在明顯差異。(3) 動(dòng)力過程的不確定性局限性數(shù)值預(yù)報(bào)模式產(chǎn)品是在 “多種完美假設(shè) “前提下進(jìn)行 “若干簡(jiǎn)化 “后的 “仿真 “產(chǎn)品。第一章大氣運(yùn)動(dòng)基本方程組運(yùn)動(dòng)方程；連續(xù)方程；狀態(tài)方程；熱力學(xué)方程；水汽方程 局地直角坐標(biāo)系：保持球坐標(biāo)系的框架，但忽略了球面曲率的影響p 坐標(biāo)系：適用于等壓面分析

5、，可直接應(yīng)用等壓面圖上的氣象資料計(jì)算；連續(xù)方程簡(jiǎn)單，沒有密度p;用靜力學(xué)方程代替垂直運(yùn)動(dòng)方程，過濾掉垂直聲波；下邊界難以處理，不能用來研究地形對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的影響；采用靜力近似假定，不能用來研究小尺度運(yùn)動(dòng)b坐標(biāo)系：下邊界條件簡(jiǎn)單，便于引進(jìn)地形的動(dòng)力作用；水平運(yùn)動(dòng)方程復(fù)雜第二章地圖投影的概念按照一定的數(shù)學(xué)條件，把球形的地球表面展繪于平面圖上 映像比例尺：映像 / 地球 縮小 /地圖比例尺：地圖 /映像 實(shí)際比例尺：地圖 / 地球 正形投影：極射赤面投影，蘭勃脫投影和麥卡托投影 正交曲線坐標(biāo)系特點(diǎn)單位矢量的方向隨空間點(diǎn)的位置變化而變化； 坐標(biāo)線元不等于坐標(biāo)變?cè)堑扔诶芟禂?shù)與 其乘積第三章差分格式的

6、基本性質(zhì)相容性：如果當(dāng) t , X 7 0時(shí)，Rt 0，則差分方程與微分方程是相容的或是一致的。收斂性：差分方程的解是否逼近微分方程的解 穩(wěn)定性：差分解的誤差是否隨時(shí)間增長(zhǎng) 拉克斯等價(jià)定理如果差分格式滿足相容性條件，差分格式的穩(wěn)定性是收斂性的充分必要條件設(shè)解的波動(dòng)形式，代入差分方程。 得出其對(duì)應(yīng)的增幅因 G 討論|G| w 1時(shí)的情況 判斷格式穩(wěn)定性及滿足格式穩(wěn)定性的條件。用 Von-Neumann 穩(wěn)定性判別方法來證明差分格式的計(jì)算穩(wěn)定性時(shí)的主要步驟為 （1）（2）（3）（4） 時(shí)間積分格式 二時(shí)間層的積分格式（非迭代） 歐拉格式（顯式格式）絕對(duì)不穩(wěn)定 后差格式（隱式格式）絕對(duì)穩(wěn)定 梯形格式

7、（隱式格式）中性格式 二時(shí)間層的積分格式（迭代） 歐拉 -后差格式（顯式格式）條件穩(wěn)定 赫恩格式（顯式格式）絕對(duì)不穩(wěn)定 三個(gè)時(shí)間層的積分格式（有計(jì)算解） 中央差格式（顯式格式）條件穩(wěn)定 差分格式引起常見誤差 計(jì)算解問題；提高網(wǎng)格分辨率 時(shí)間的截?cái)嗾`差（頻率誤差）； 空間的截?cái)嗾`差（波數(shù)誤差）；縮小格距或采用較高階的差分格式 相速度和群速度誤差；提高網(wǎng)格分辨率 平滑運(yùn)算的應(yīng)用 用于對(duì)初始場(chǎng)平滑、去掉短波 用在預(yù)報(bào)的數(shù)值計(jì)算中，抑制非線性計(jì)算不穩(wěn)定 用于預(yù)報(bào)結(jié)果的輸出，使圖形線條光滑 用于時(shí)間平滑、去掉計(jì)算波 應(yīng)用于其他領(lǐng)域，例如在診斷分析中設(shè)置濾波器第四章正壓原始方程的物理假定密度為常數(shù)；大氣上

8、界為自由面；滿足靜力平衡；大氣正壓；不考慮摩擦和非絕熱作用基本性質(zhì)：模式濾去了大氣中聲波，保留了大氣長(zhǎng)波和重力慣性波準(zhǔn)地轉(zhuǎn)演變過程和地轉(zhuǎn)適應(yīng)過程。只研究大氣中一層的運(yùn)動(dòng); 能夠描述大氣運(yùn)動(dòng)的時(shí)間積分中央差格式的優(yōu)缺點(diǎn)1.數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單2.精度高3.格式不夠穩(wěn)定4.存在計(jì)算解5.耗時(shí)多時(shí)間積分歐拉一后差格式的優(yōu)缺點(diǎn)（阻尼初始場(chǎng)不平衡造成的高頻振蕩）1.數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單2.格式穩(wěn)定3.不存在計(jì)算解4.具有選擇性衰減的功能5.計(jì)算精度低 （一階 ）6.耗時(shí)多， t取小，存在迭代過程阻尼高頻振蕩，抑制計(jì)算解的增長(zhǎng)，時(shí)間 濾除短波擾動(dòng)，抑制非線性計(jì)算不穩(wěn)定，邊界3 點(diǎn)平滑9 點(diǎn)平滑，內(nèi)點(diǎn) 5 點(diǎn)平滑正壓預(yù)報(bào)步

9、驟（1）（2）（3）（4）（5）輸入 500hpa 初始位勢(shì)高度場(chǎng) z0ij 計(jì)算地圖放大系數(shù) mij 和科氏參數(shù) 計(jì)算初始地轉(zhuǎn)風(fēng)場(chǎng) u0ij 和 v0ij 計(jì)算風(fēng)場(chǎng)和位勢(shì)高度場(chǎng)的傾向 Eij， Gij，Hij 分別采用歐拉后差和中央差格式進(jìn)行時(shí)間積分，并進(jìn)行時(shí)間和空間平滑，做出預(yù) 定時(shí)刻位勢(shì)高度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的預(yù)報(bào)fij第五章實(shí)際大氣為斜壓大氣， 且大氣運(yùn)動(dòng)在三維空間中進(jìn)行， 采用多層模式斜壓原始方程模式設(shè)計(jì)斜壓原始方程模式比設(shè)計(jì)正壓原始方程模式多考慮哪些問題 ?垂直坐標(biāo)的選??；垂直空間差分格式的建立；物理過程的處理；如何抑制非線性不穩(wěn)定斜壓預(yù)報(bào)步驟（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）輸入初

10、始位勢(shì)高度場(chǎng)和溫度露點(diǎn)差和地形高度 計(jì)算地圖放大系數(shù)和科氏參數(shù) 用拉格朗日插值法得到初始時(shí)刻地面氣壓 用拉格朗日插值法得到等 sigma 面上等位勢(shì)高度 用靜力方程計(jì)算初始溫度 計(jì)算初始風(fēng)場(chǎng)和比濕場(chǎng) 計(jì)算地面氣壓傾向8)9)10)11)12)計(jì)算垂直速度計(jì)算風(fēng)場(chǎng)和濕度場(chǎng)等變化傾向考慮湍流摩擦力，大尺度凝結(jié)和對(duì)流凝結(jié) 時(shí)間積分得到各個(gè)預(yù)報(bào)量用靜力方程計(jì)算 sigma 面等位勢(shì)高度用 sigma 面上的值反插出標(biāo)準(zhǔn)等壓面的位勢(shì)高度，風(fēng)，濕度和溫度第六章模式初始化常用方法靜力初始化： 靜處理， 用一些已知的風(fēng)壓場(chǎng)平衡關(guān)系， 或用運(yùn)動(dòng)方程等求得的診斷方程來處 理初值，使風(fēng)壓場(chǎng)平衡或近似平衡。地轉(zhuǎn)風(fēng)初值

11、，會(huì)產(chǎn)生虛假重力波，考慮 f 隨緯度變化關(guān)系，精度更高；平衡風(fēng)初值；考慮輻 散的初始風(fēng)場(chǎng)，初始風(fēng)場(chǎng)沒有散度，會(huì)產(chǎn)生高頻振蕩 動(dòng)力初始化：動(dòng)處理，借助于原始方程模式本身所具有的動(dòng)力特性，經(jīng)過一些合理的步驟， 使重力慣性波阻尼或被濾去，而得到接近平衡的初值。新田一霍維邁爾(Nitta-Hovermale)法；岡山一里瓦斯(Okamura-Rivas法；正規(guī)模初始化(NMI)； 數(shù)字濾波初始化 (DFI)變分初始化： 通過變分原理， 使初始資料在一定動(dòng)力約束下調(diào)整， 達(dá)到各種初始場(chǎng)之間協(xié)調(diào) 一致的方法。三維變分同化方法常用的水平側(cè)邊界條件包括 :固定的邊界條件； 法向速度為零的邊界條件， 邊界上沒有

12、質(zhì)量和動(dòng)量的交換； 海綿邊界條件， 過渡帶對(duì)于向外傳播的慣性重力波相當(dāng)于一個(gè)能量吸收帶； 外推邊界條件， 外推邊界條件給 出的風(fēng)場(chǎng)和高度場(chǎng)之間可能不協(xié)調(diào)。 在斜壓模式中， 還可能產(chǎn)生溫度場(chǎng)和厚度場(chǎng)之間的不協(xié) 調(diào)；嵌套網(wǎng)格邊界條件。第七章初值問題：Why ?風(fēng)場(chǎng)與氣壓場(chǎng)的不平衡，初始資料和數(shù)值模式的不平衡H ow ?靜力初始化(地轉(zhuǎn)風(fēng)，旋衡風(fēng)，考慮輻散的初始風(fēng)場(chǎng)) ，動(dòng)力初始化，變分初始化 邊界條件：How ?固定的邊界條件，法向速度為零的邊界條件，海綿邊界條件，外推邊界條件，嵌套網(wǎng)格的邊界條件 物理過程的參數(shù)化：定義：把次網(wǎng)格的物理過程通過大尺度的物理量來描述他們的統(tǒng)計(jì)效應(yīng)，并作為某些物理量的

13、源與匯包含在大尺度的方程中， 稱為物理過程參數(shù)化。 利用模式可分辨的要素描述不能顯示的物理過程的綜合效用。 包括積云對(duì)流參數(shù)化， 行星邊界層參數(shù)化， 輻射過程參數(shù)化和地 形參數(shù)化等。包括：（1）必要性： 由于數(shù)值模式的時(shí)間和空間分辨率的不足， 加之大氣中很多過程還不能深刻地理解 和認(rèn)識(shí)， 所以許多物理過程不能直接地在模式中表現(xiàn)出來。 然而這些物理過程對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)有 著深刻的影響，只有在數(shù)值模式中包括這些過程，才能合理地表現(xiàn)大氣的真實(shí)狀態(tài)。積云對(duì)流參數(shù)化。根據(jù)閉合假設(shè)分，可以分為瞬時(shí)平衡假設(shè)和準(zhǔn)平衡假設(shè)和質(zhì)量水 汽通量輻合假設(shè)；根據(jù)降水分類，可以分為淺對(duì)流參數(shù)化方案和深對(duì)流參數(shù)化方案 （A 類方案

14、適用于尺度較大的對(duì)流參數(shù)化方案， B 類方案適用尺度較小的對(duì)流參數(shù)化 方案）。云微物理過程參數(shù)化。 分為暖云方案 （只考慮云和雨水 ）和混合相云方案 （考慮了云中 的冰相過程）積云對(duì)流參數(shù)化和云微物理過程參數(shù)化對(duì)比：（1）（2）陸面過程參數(shù)化。包括陸面大氣和水面大氣過程。 邊界層參數(shù)化。包括湍流運(yùn)動(dòng)和污染物的傳播等。 大氣輻射方案。 包括太陽輻射， 地氣輻射平衡， 云和氣溶膠粒子對(duì)輻射的影響等。積云對(duì)流參數(shù)化是隱式方案，云微物理過程是顯式方案。積云對(duì)流參數(shù)化是對(duì)整個(gè)對(duì)流層進(jìn)行調(diào)整，云微物理參數(shù)化是通過垂直運(yùn)動(dòng)自下而 上進(jìn)行。數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的主要內(nèi)容：（1）積云對(duì)流參數(shù)化計(jì)算大氣中總水汽量，按比例

15、形成降水，云微物理參數(shù)化考慮云中 各種粒子的相互轉(zhuǎn)換，最終計(jì)算降水。初始場(chǎng)（資料同化）：數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式需要一個(gè)初始時(shí)刻的狀態(tài)作為初始場(chǎng)，可 以通過常規(guī)氣象數(shù)據(jù)觀測(cè)和非常規(guī)氣象數(shù)據(jù)觀測(cè)（如衛(wèi)星和雷達(dá)）獲得。動(dòng)力框架（數(shù)值方法）：基于七個(gè)基本方程，根據(jù)預(yù)報(bào)的時(shí)間和空間尺度以及預(yù)報(bào) 對(duì)象對(duì)基本方程組進(jìn)行簡(jiǎn)化，選擇適當(dāng)?shù)牟罘指袷竭M(jìn)行運(yùn)算。數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的歷史：（1）（2）物理過程（參數(shù)化）：基于動(dòng)力框架通過物理過程參數(shù)化來描述不同尺度的天氣過 程。其中參數(shù)化的優(yōu)化和改進(jìn)對(duì)數(shù)值模式預(yù)報(bào)率的提高起著關(guān)鍵作用。挪威學(xué)者 Bjerknes 首次提出了數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的思想。英國(guó)學(xué)者 Richardson 首次進(jìn)行

16、了數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的嘗試，是現(xiàn)代數(shù)值預(yù)報(bào)的開端，第 一個(gè)里程碑。Charney 等三人畫出了第一張數(shù)值預(yù)報(bào)天氣圖，是第二個(gè)里程碑。數(shù)值預(yù)報(bào)的挑戰(zhàn)：1）斜壓：（13）（14）（15）（16）（17）（18）（19）（20）（21）（22）（23）（24）次網(wǎng)格尺度的物理過程：小于或者接近于網(wǎng)格距的運(yùn)動(dòng)無法在模式中確切地反映出 來。非線性方程的數(shù)值解：有些時(shí)候非線性方程的數(shù)值解和真解毫無相似之處。 初值問題：包括衛(wèi)星資料的應(yīng)用和四維同化，至今沒有很好的解決。 誤差：包括分析誤差（分析場(chǎng)與真實(shí)大氣的差異）和模式誤差（由于時(shí)空分辨率和 物理過程參數(shù)化等的限制產(chǎn)生誤差）。不確定性：初值的不確定性，物理過程的

17、不確定性，動(dòng)力過程的不確定性等。正壓和斜壓原始預(yù)報(bào)方程的概念，預(yù)報(bào)步驟？正壓：（6）（7）（8）（9）（10）輸入 500hpa 初始位勢(shì)高度場(chǎng) z0ij 計(jì)算地圖放大系數(shù) mij 和科氏參數(shù) fij 計(jì)算初始地轉(zhuǎn)風(fēng)場(chǎng) u0ij 和 v0ij 計(jì)算風(fēng)場(chǎng)和位勢(shì)高度場(chǎng)的傾向 Eij， Gij，Hij 分別采用歐拉后差和中央差格式進(jìn)行時(shí)間積分，并進(jìn)行時(shí)間和空間平滑，做出預(yù) 定時(shí)刻位勢(shì)高度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的預(yù)報(bào)輸入初始位勢(shì)高度場(chǎng)和溫度露點(diǎn)差和地形高度 計(jì)算地圖放大系數(shù)和科氏參數(shù) 用拉格朗日插值法得到初始時(shí)刻地面氣壓 用拉格朗日插值法得到等 sigma 面上等位勢(shì)高度 用靜力方程計(jì)算初始溫度 計(jì)算初始風(fēng)場(chǎng)和比濕

18、場(chǎng) 計(jì)算地面氣壓傾向 計(jì)算垂直速度 計(jì)算風(fēng)場(chǎng)和濕度場(chǎng)等變化傾向考慮湍流摩擦力，大尺度凝結(jié)和對(duì)流凝結(jié) 時(shí)間積分得到各個(gè)預(yù)報(bào)量用靜力方程計(jì)算 sigma 面等位勢(shì)高度 用 sigma 面上的值反插出標(biāo)準(zhǔn)等壓面的位勢(shì)高度，風(fēng)，濕度和溫度為什么要資料同化？（1）（2）數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的根本目標(biāo)是提高對(duì)未來大氣狀態(tài)的預(yù)報(bào)水平。 要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)必須具備兩個(gè)條件：一是初始場(chǎng)要盡可能貼近大氣的真實(shí)狀態(tài)，二是動(dòng) 力框架和物理過程都要盡可能切合大氣的發(fā)展演變過程。而要使初始場(chǎng)盡可能貼近大氣的真實(shí)狀態(tài)， 我們可以通過改善觀測(cè)的分辨率和質(zhì)量， 也可以通過改善資料同化的方法來實(shí)現(xiàn)。資料同化的概念：將觀測(cè)場(chǎng)信息及時(shí)有效的融合到背

19、景場(chǎng)中， 從而使初始場(chǎng)盡可能貼近大氣的初始狀態(tài)， 從而提高數(shù)值預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。包括兩重含義：（1） 一是合理利用各個(gè)精度的非常規(guī)觀測(cè)資料， 使之與常規(guī)觀測(cè)資料融合為有機(jī)的整體， 為數(shù)值預(yù)報(bào)提供更好的初始場(chǎng)。資料同化的方法：（1） 主觀分析：將可用觀測(cè)資料用手工方法內(nèi)插。費(fèi)時(shí)，不準(zhǔn)確。（2） 客觀分析：a 多項(xiàng)式擬合：利用最小二乘法，通過多項(xiàng)式函數(shù)擬合?？捎玫挠^測(cè)資料不足以使現(xiàn)有的模 式初始化，不適用于觀測(cè)資料嚴(yán)重匱乏的地區(qū)，如沙漠和海洋。b 逐步訂正法：先給定一個(gè)分析場(chǎng)的先驗(yàn)估計(jì)背景場(chǎng)， 然后從每個(gè)觀測(cè)數(shù)據(jù)中減去背景 場(chǎng)得到觀測(cè)增量， 通過加權(quán)觀測(cè)增量得到分析增量， 最后將分析增量疊加到背景場(chǎng)上

20、得到分 析場(chǎng)。權(quán)重函數(shù)由經(jīng)驗(yàn)確定，隨意性較大，且不符合物理事實(shí)。c 最優(yōu)插值法：引入誤差協(xié)方差，采用最優(yōu)權(quán)數(shù)矩陣代替經(jīng)驗(yàn)矩陣，使分析結(jié)果具有一定的 物理意義。需要預(yù)先估計(jì)背景誤差協(xié)方差，且計(jì)算量龐大。（3）（2） 二是綜合利用不同時(shí)次的觀測(cè)資料，將這些資料中包含的時(shí)間演變信息轉(zhuǎn)化成要素 場(chǎng)的空間分布狀態(tài)三維變分同化：優(yōu)點(diǎn)：使用全局最優(yōu)算法來取目標(biāo)函數(shù)的極小值，避免了不同區(qū)域 之間的跳躍現(xiàn)象；對(duì)目標(biāo)函數(shù)增加強(qiáng)迫項(xiàng)作為平衡約束，保證分析場(chǎng)具有動(dòng)力協(xié)調(diào) 性；非線性觀測(cè)因子，使得直接同化衛(wèi)星輻射等非常規(guī)資料成為可能；觀測(cè)資料的 質(zhì)量控制被包含在分析過程中。缺點(diǎn)：尋找的是某一個(gè)時(shí)刻的最優(yōu)解，局限在單個(gè)

21、時(shí)刻；對(duì)一段時(shí)間而言，多個(gè)不相關(guān)時(shí)刻的最優(yōu)解并不構(gòu)成整體的最優(yōu)解；分析結(jié) 果依賴于預(yù)先設(shè)定的背景場(chǎng)，權(quán)重是靜態(tài)不變的。四維變分同化：優(yōu)點(diǎn)： a 保留了三維變分同化的優(yōu)點(diǎn)：可以直接同化非常規(guī)資料； 不同觀測(cè)資料的全球同時(shí)同化；可靈活加入動(dòng)力和數(shù)學(xué)約束條件； b 隨時(shí)間變化， 實(shí)現(xiàn)了時(shí)間連續(xù)觀測(cè)資料的有效利用。缺點(diǎn)：計(jì)算量異常龐大；隱含了模式完美的 假定。集合卡爾曼濾波：首先進(jìn)行模式狀態(tài)的預(yù)報(bào)，接著引入觀測(cè)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)觀測(cè)數(shù) 據(jù)對(duì)模式狀態(tài)進(jìn)行重新分析。對(duì)于非線性系統(tǒng)，擴(kuò)展為集合卡爾曼濾波。優(yōu)點(diǎn)：計(jì) 算代價(jià)相對(duì)?。徊灰缶€性；可以提供背景誤差協(xié)方差；給集合預(yù)報(bào)提供極好的初 始擾動(dòng)。集合預(yù)報(bào)與混合同化：將變分同化和集合卡爾曼濾波相結(jié)合。第八章WRF 非靜力平衡 高分辨率 中尺度組成模塊： WPS 前處理（數(shù)據(jù)準(zhǔn)備），變分同化（提供更準(zhǔn)確的初始場(chǎng)），動(dòng)力求解，后 處理WPS包括geogrid ：確定模式區(qū)域并把靜態(tài)地形數(shù)據(jù)插值到各點(diǎn)。 ungrid: 從 grib 數(shù)據(jù)中提取氣象要素場(chǎng)。Metgrib: 合并地形和氣象要素，得