考核指标完成情况

完成OSE和OSSE的考核指标，完成以下模块：

  • 资料预处理流程

    ../_images/prep1.png

    观测资料预处理流程

  • 源代码的获取

    ../_images/obsproc_source1.png

  • 质控流程

    1. PREPDATA: 总体质量控制
    2. GLERLADJ: 对大的水体周边观测的调整
    3. PREVENTS: 针对气候模式使用的观测资料的质控
    4. CQCBUFR: 对探空观测的质控
    5. PROFCQC: 对飞机观测的质控
    6. PREPACQC: 对风廓线仪观测的质控
    7. OIQCBUFR: Buddy Check

  • 检查运行结果

    ../_images/obsproc_results1.png

  • 资料显示

    针对预处理后的观测资料和模式试验结果进行综合绘图评估，包含观测资料分布、剔除资料情况、实验结果对比等并对评估图形产品进行显示

    ../_images/radiosonde_map1.png

    2018121612 探空

    ../_images/surface_map1.png

    2018121612 地面加密

    ../_images/aircraft_map1.png

    2018121612 飞机

    ../_images/obsproc_qc1.png
    ../_images/qc_table1.png

    质控标识对照表

  • GRAPES模式试验集成

    选择GRAPES4.3业务运行版本进行试验，同化系统为3维变分，水平分辨率为3km，垂直分辨率为50层，试验范围为目前GRAPES-meso业务模式运行范围东部地区。利用GRAPES模式开展OSE、OSSE实验，设计针对雷达资料的敏感性试验方案，开展资料同化和模式计算，模式预报时长为24小时

    • OSE实验

      对于OSE试验，一般是指利用一套资料同化及模式预报系统，针对一组观测数据（称为参照组）进行同化模拟，接下来对去除（或加入）参照组中的观测数据，进一步进行一系列的模拟，通过最终模拟结果的一系列标准化的定量检验来评估各类观测数据的作用。OSE方法既可以用于个例试验来判断对于某类观测资料对于特定天气过程的影响，也能用于批量预报试验来对观测资料在一段时期内的总体效果进行评价.

      实际的实验通过修改namelist_4dvar.sh 脚本文件的选项进行有无雷达资料的实验.

      考察增加观测资料“有无”对同化结果产生的影响。设计控制试验：按照业务配置运行GRAPES-MESO4.3，同化资料为所有观测。对比试验同control试验，同化资料剔除雷达观测资料。

      &record18         各类雷达资料的选项（1表示同化0表示不同化）
 iobs_radar=0,
 id_obsqr_radar= 0,
 id_obsv_radar= 1,
 id_obsw_radar= 0,
 id_obsz_radar=0
 richardson= 0,
 w_top= 10 /
&record19         雷达VAD资料的选项
 iobs_vad= 1,
 id_obsuv_vad = 1 /
&record20
 iobs_wpr= 1,      风廓线雷达资料的选项
 id_obsuv_wpr = 1 /

    • OSSE实验

      对于OSSE试验是用一个性能良好的模式，模式自由运行一段时间模拟大气作为大气的真值，称为Nature run, 并且用此真值加上随机误差构造观测，然后将该构造的资料应用在另一个数值模式系统，做同化预报，结果和Nature run 比较，以此来评估雷达观测资料的影响。

      利用地面资料为例示范说明OSE， OSSE的运行流程：WRF模式run获得真值，GRAPES模式进行试验流程：

      1. 首先构建参考系统的“Nature Run”,以此作为“真实大气”，从中提取中虚拟观测资料，为进行下一步试验做准备。数值预报中心使用WRF-ARW(V3.4.1)模拟大气真值。模式分辨率设定为3KM，与业务版本的GRAPES-MESO4.3相同，模拟区域覆盖整个中国范围，使用Lambert投影。使用WRFCNV后处理模块将WRF-ARW(V3.4.1)模拟的大气真值从Lambert投影通过插值变换到等经纬度网格，垂直方向仍然为eta层。

      2. 基于“Nature Run”模拟结果，对探空、飞机报、船舶、地面等常规观测资料进行模拟。产生虚拟观测资料的过程包括两步：根据各种类型观测资料的特点，将WRFCNV格点资料插值为站点资料，并在插值后得到的站点资料中加入观测代表性误差和包含次网格尺度信息的高斯分布型随机误差。模拟观测资料的时间分辨率与实际模式中使用相同。其中探空资料为12小时间隔，风廓线资料与GPSPW资料为1小时分辨率，飞机报、船舶、云导风、地面观测资料均为3小时分辨率。

      3. 选用GRAPES-MESO4.3作为预报模式进行敏感性试验。设计同化试验方案如下：

        • 考察新增观测站对同化结果产生的影响。控制试验：业务配置版本的GRAPES-MESO4.3，同化资料为目前业务中使用的观测资料。对比试验为在控制实验基础上增加模拟观测站点。
        • 考察新增雷达观测对同化结果产生的影响。

      • 示范成果一：

        选择GRAPES4.3业务运行版本进行试验，同化系统为3维变分，水平分辨率为3km，垂直分辨率为50层，试验范围为我国东部区域。下图为进行有无雷达资料的云分析系统对强降水影响的OSE实验结果。对中雨和大雨的预报有正贡献:

        ../_images/ose_radar_ets1.png

        ETS scores

        ../_images/ose_radar_ts1.png

        TS scores

      • 示范成果二：

        ../_images/osse_sound1.png
        ../_images/osse_surface1.png
        ../_images/osse_synop1.png
        ../_images/ose_sound1.png

      • 示范成果三：

        ../_images/OSSE_sensitivity1.png

        资料敏感区域示意图

        基于试验的分析，青藏高原广大的西部地区，即唐古拉山以西，那曲市和阿里地区，即上图中的红色方框区域，是资料的敏感区，对长江中下游24小时预报误差的减小有显著贡献。这一地区的OSSE模拟的地面天气站（SYNOP）的温度，风场都对减小预报误差有相同程度的贡献，而探空资料的最大贡献则显示在风场观测，温度观测的影响则不太明显。然而，在实际的NCEP Prepbufr资料里却没有任何资料分布在这一地区，这无疑是一个很大的缺陷。所以，在条件允许的情况下，应该加密这一地区的观测资料布网。在人力所能达到的地区加密天气站（SYNOP）和探空（SOUND）资料的密度，以及风廓线观测仪器，同时可以考虑在人烟稀少的地区加密自动气象站的分布，如METAR等。

        第二个重要的资料敏感区是在青藏高原南部，拉萨市以南，日喀则市以西，即图中的蓝色椭圆区域。在这些地区，探空资料对减小24小时预报误差有显著贡献，但是地面观测资料的影响很小，所以应该主要增加探空观测资料的基站。

        第三个资料敏感区是在西藏自治区与青海省境交界的两边，即唐古拉山两侧，图的绿色方框区域，地面观测资料对预报影响显著，在这一地区也应该增加地面天气站（SYNOP）和自动气象站（METAR）。

        另外，有一些地区的资料则对预报误差减小起到了相反的作用，如在四川省西部地区，与青藏高原连接的地方，即图中黄色虚线所包括的区域，不论从探空观测还是地面观测资料都没有表现出减小预报误差的明显贡献，原因可能是数值模式对这一地区的描述不够准确造成的，也有可能是其他原因。因此，对于四川西部地区，在还没有研究清楚的情况下，可以暂缓观测资料的布站进程。

完成EFSO的考核指标，完成以下模块：

  • 集合预报处理模块

    为EFSO准备需要格式的集合预报文件

    • 集合预报文件预处理，实现模式预报场到EFSO需要格式文件转换
    • 实现对GRAPES预报文件的格式转换，把一个时刻的预报文件转成EFSO所需要的文件格式。
    • 此程序需要的GRAPES预报输入文件格式为：GrADS软件可以处理的，直接存储的二进制格式。一个预报文件包含若干个等压面上的若干个三维及二维变量场。经过此程序格式转换，一个GrADS格式的预报文件，输出为多个 顺序存储 二进制文件。每个二进制文件仅存储 一个变量 在 一个等压面 上的水平 二维数据。

  • 观测资料处理模块

    为EFSO准备需要格式的 OMB 文件

    • OMB 文件预处理, 实现同化系统输出的 OMB 到EFSO需要的 OMB 文件格式转换。包括:

      1. 常规资料
      2. 雷达VAD风场
      3. 雷达RV经向风场

    • 这个程序的的主要功能是实现 OMB 文件格式转换，把GRAPES的 OMB 文本文件转成EFSO需要格式的文件。同时增加其他EFSO需要的观测误差等信息，实现诸如雷达高度场到气压场的转换等。

    • 、GRAPES OMB 输入文件格式为ASCII文本格式。我们拿到的 OMB 文件，在一个同化时次，每种观测为一个单独文件。经过此程序处理，输出文件仍然为ASCII文本格式。每种观测的记录 增加了 观测误差，用户需要根据调整自己的同化系统输出观测误差，更改此程序读入并写出即可;另外，对于雷达资料要有高度与气压坐标的转换等。

    • 可以处理的观测种类，包括:

      1. 常规观测：

        • temp
        • satob
        • airep
        • ships
        • synop

      2. 雷达观测：

        • vad
        • rv

  • 观测影响评估模块

    实现基于区域集合的预报对观测的敏感性与观测影响计算

    读入预处理集合预报文件、OMB 文件预处理，实现EFSO。运行包括两个主要部分：

    • 运行EFSO
    • 画图等后处理