【案例教程】气象数值预报WRF-DA资料同化系统理论、运行与变分、混合同化新方法技术

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        数值预报已经成为提升预报质量的重要手段，而模式初值质量是决定数值预报质量的重要环节。资料同化作为提高模式初值质量的有效方法，成为当前气象、海洋和大气环境和水文等诸多领域科研、业务预报中的关键科学方法。资料同化新方法的快速发展，气象常规资料、卫星遥感观测和大气环境等多种资料日益增加，为资料同化的有效应用奠定了坚实的科学基础，也导致许多新的复杂科学问题，增加了实际应用的难度。

【目标】：
1.掌握和理解资料同化的理论；
2.熟悉Linux环境下的配置和应用；
3.掌握背景误差协方差、物理约束关系的调优和更新；
4.掌握新观测资料同化的关键技术，如观测算子的构造、伴随程序的发展等；
5.熟悉同化结果的分析方法；
6.掌握Bash、GRADS、NCL等后处理工具进行结果处理及分析;
7.掌握在气象、环境、生态、水文等领域应用技术的拓展和方法;
8.熟练掌握WRF ETKF-3DVAR DA混合同化系统的应用;

【内容简述】：
一、资料同化的基本理论与方法
1、资料同化的基本概念、发展
2、资料同化的主要科学问题
3、资料同化的理论基础与早期方法
4、各种资料同化方案及其特点

二、WRF DA的环境需求、系统安装、调试与运行
1、Linux基本命令的应用
2、Linux环境变量的设置
3、编译器的安装与设置
4、WRF DA的环境变量和动态库的配置等；
5、WRF DA的安装、编译及运行等。
6、GrADS、NCL绘图的编译安装与使用

三、观测资料与质量控制
1、观测资料的基本要求
2、常规观测资料与非常规观测
3、卫星资料及其同化
4、新型观测系统
5、观测资料的质量控制及一般方法。
 

四、WRF DA同化系统的配置、背景误差的构造
1、水平网格的设置；
2、垂直层次的配置；
3、物理方案、参数化方案的选取；
4、观测要素的选取
5、背景误差协方差的作用和常用的构造方法，如新息向量法（以GRAPES模式为例）、NMC方法等（WRF DA的
6、三维变分程序为例。
7、背景误差的构造方法
8、中小尺度变分同化B的构造
9、混合同化中背景误差协方差的构造及其特点
10、混合同化中B的比例关系

五、WRF DA变分资料同化；WRF DA混合同化新方法；
1、WRF DA变分同化的基本框架
2、观测算子的构造
3、动力平衡和物理约束的实现
4、伴随模式及其程序编写
5、解决新资料的同化应用方法。
6、ETKF-WRF DA混合同化方案的特点；
7、ETKF集合扰动方案的说明
8、扩展控制变量法及其设置
9、流依赖的背景误差协方差的构造
10、实例分析；
 

六、变分同化的单点试验；混合同化的单点试验
1、质量场单点试验
2、风场单点试验
3、湿度场的单点试验
4、流依赖属性的试验分析（结合槽和台风）
5、分析增量的结构与物理约束关系
 

七、同化分析增量的分析
1、不同观测资料对分析的影响
2、不同观测要素对分析的影响
3、有效观测资料的确定
4、分析增量的认识
 

八、WRF DA和ETKF-3DVAR混合同化系统的实际应用
1、结合实际的天气个例，重点掌握WRF DA和WRF ETKF-3DVAR混合同化系统的同化、预报的参数设置、新资料的同化方法和系统运行、结果分析，以及与其他模块的耦合等。
2、暴雨天气过程的同化分析
3、台风天气过程的同化分析

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