搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

正则化方法同化多普勒天气雷达资料及对降雨预报的影响

赵延来 黄思训 杜华栋 仲跻芹

引用本文:
Citation:

正则化方法同化多普勒天气雷达资料及对降雨预报的影响

赵延来, 黄思训, 杜华栋, 仲跻芹

Regularization method of assimilating Doppler radar data and its influence on precipitation forecast

Huang Si-Xun, Du Hua-Dong, Zhong Ji-Qin, Zhao Yan-Lai
PDF
导出引用
  • 基于三维变分同化(3DVAR)的思想,提出一种适用于多普勒天气雷达资料直接同化的正则化方法.从寻求Yo=H(X)带有偏差δ的极小模解出发,引入正则化思想,并给出与3DVAR方案不同的新代价函数.针对2008年8月14日发生在北京地区的一次局地暴雨过程,设计了一组数值试验,并采用L曲线准则后验选取最优正则化参数.数值结果表明:正则化方法和3DVAR方案均能有效同化多普勒雷达资料,雷达径向速度的同化效果明显好于反射率因
    A new regularization method is proposed to directly assimilate Doppler radar data into mesoscale numerical weather forecast based on the traditional 3DVAR. For seeking the minimum module solution of the Yo=H(X) with bias δ, the regularization method is adopted and leads to a new cost function. A group of experiments were designed to study the case of a locally strong rainstorm occurred in Beijing area on August 14, 2008. The L-curve principle is used to determine the optimal regularization parameter and the result is α=0.1. Numerical results demonstrate that both regularization method and 3DVAR scheme can efficiently assimilate the Doppler radar data, and that the improved initial condition can alleviate the spin-up phenomenon and improve the nowcasting precipitation forecast. However, when an optimal regularization parameter is choser, better improvement, more accurate precipitation forecast and higher TS score are expected.
    • 基金项目: 国家科技支撑计划(批准号:2008BAC37B03)资助的课题.
    [1]

    Xiao Q N, Kuo Y H, Sun J Z, Lee W C, Lim E, Guo Y R, Barker D M 2005 J. Appl. Meteor. 44 768

    [2]

    Xiao Q N, Kuo Y H, Sun J Z, Lee W C, Barker D M, Lim E 2007 J. Appl. Meteor. Climatol. 46 14

    [3]

    Sun J Z, Crook N A 1997 J. Atmos. Sci . 54 1642

    [4]

    Sun J Z, Crook N A 1998 J. Atmos. Sci . 55 835

    [5]

    Sun J Z, Crook N A 2001 Wea. Forecasting 16 117

    [6]

    Tong M, Xue M 2005 Mon. Wea. Rev. 133 1789

    [7]

    Wan Q L, Xue J S, Zhuang S Y 2005 Acta Meteorologica Sinica 63 129(in Chinese)[万齐林、薛纪善、庄世宇2005 气象学报 63 129] 〖8] Yang y, Qiu C J, Gong J D, Huang J 2008 Acta Meteorologica Sinica 66 479(in Chinese)[杨 毅、邱崇践、龚建东、黄 静 2008 气象学报 66 479]

    [8]

    Sheng C Y, Pu Y F, Gao S T 2006 Chinese Journal of Atmospheric Sciences 30 93(in Chinese)[盛春岩、浦一芬、高守亭 2006 大气科学 30 93]

    [9]

    Xu X Y, Liu L P, Zheng G G 2006 Chinese Journal of Atmospheric Sciences 30 712(in Chinese)[许小永、刘黎平、郑国光 2006 大气科学 30 712]

    [10]

    Thikhonov A. N 1963 Dokl. Akad. Nauk. SSSR 151 49

    [11]

    Huang S X, Wu R S 2005 Mathematical and physical problem in atmospheric science (Beijing: Meteorological Press) p422—433 (in Chinese) [黄思训、伍荣生 2005 大气科学中的数学物理问题(北京:气象出版社) 第422—433页]

    [12]

    Sheng Z, Huang S X 2010 Acta Phys. Sin. 59 1734 (in Chinese) [盛 峥、黄思训 2010 59 1734]

    [13]

    Huang S X, Cao X Q, Du H D, Zhong J Q 2010 J. of Hydrodynamics B 22 185

    [14]

    Hanke M, Hansen P C 1993 Surv. Math. Ind. 3 253

    [15]

    Kalnay E 2003 Atmospheric Modeling, Data Assimilation and Predictability (Cambridge: Cambridge University Press) p168

    [16]

    Cardinali C, Pezzulli S, Anderson E 2004 Q.J.R.Meterorol.Soc. 130 2767

    [17]

    Huang S X, Sheng Z 2006 Acta Phys. Sin. 55 6720 (in Chinese) [黄思训、盛 峥 2006 55 6720]

    [18]

    Cai Q F, Huang S X, Gao S T, Zhong K, Li Z Q 2008 Acta Phys. Sin. 57 3912 (in Chinese) [蔡其发、黄思训、高守亭、钟 科、李自强 2008 57 3912]

    [19]

    Zhang L, Huang S X, Liu Y D, Zhong J 2010 Acta Phys. Sin. 59 2889 (in chinese) [张 亮、黄思训、刘宇迪、钟 剑 2010 59 2889]

    [20]

    Huang S X, Zhao X F, Sheng Z 2009 Chin. Phys. B 18 5084

    [21]

    Kress R 1989 Linear Inteqral Equation (New York: Springer-Verlag) p250—258

    [22]

    Kirsch A 1996 An Introduction to Mathematical Theory of Inverse Problem (New York: Springer-Verlag) p48—53

    [23]

    Morozov V A 1966 J. Comp. Math. Math. Phys. 6 170

    [24]

    Golub G H, Heath M, Wahba G 1979 Technometrics 21 215

    [25]

    Engl H W, Gfrerer H 1988 Appl. Numer. Math. 4 395

  • [1]

    Xiao Q N, Kuo Y H, Sun J Z, Lee W C, Lim E, Guo Y R, Barker D M 2005 J. Appl. Meteor. 44 768

    [2]

    Xiao Q N, Kuo Y H, Sun J Z, Lee W C, Barker D M, Lim E 2007 J. Appl. Meteor. Climatol. 46 14

    [3]

    Sun J Z, Crook N A 1997 J. Atmos. Sci . 54 1642

    [4]

    Sun J Z, Crook N A 1998 J. Atmos. Sci . 55 835

    [5]

    Sun J Z, Crook N A 2001 Wea. Forecasting 16 117

    [6]

    Tong M, Xue M 2005 Mon. Wea. Rev. 133 1789

    [7]

    Wan Q L, Xue J S, Zhuang S Y 2005 Acta Meteorologica Sinica 63 129(in Chinese)[万齐林、薛纪善、庄世宇2005 气象学报 63 129] 〖8] Yang y, Qiu C J, Gong J D, Huang J 2008 Acta Meteorologica Sinica 66 479(in Chinese)[杨 毅、邱崇践、龚建东、黄 静 2008 气象学报 66 479]

    [8]

    Sheng C Y, Pu Y F, Gao S T 2006 Chinese Journal of Atmospheric Sciences 30 93(in Chinese)[盛春岩、浦一芬、高守亭 2006 大气科学 30 93]

    [9]

    Xu X Y, Liu L P, Zheng G G 2006 Chinese Journal of Atmospheric Sciences 30 712(in Chinese)[许小永、刘黎平、郑国光 2006 大气科学 30 712]

    [10]

    Thikhonov A. N 1963 Dokl. Akad. Nauk. SSSR 151 49

    [11]

    Huang S X, Wu R S 2005 Mathematical and physical problem in atmospheric science (Beijing: Meteorological Press) p422—433 (in Chinese) [黄思训、伍荣生 2005 大气科学中的数学物理问题(北京:气象出版社) 第422—433页]

    [12]

    Sheng Z, Huang S X 2010 Acta Phys. Sin. 59 1734 (in Chinese) [盛 峥、黄思训 2010 59 1734]

    [13]

    Huang S X, Cao X Q, Du H D, Zhong J Q 2010 J. of Hydrodynamics B 22 185

    [14]

    Hanke M, Hansen P C 1993 Surv. Math. Ind. 3 253

    [15]

    Kalnay E 2003 Atmospheric Modeling, Data Assimilation and Predictability (Cambridge: Cambridge University Press) p168

    [16]

    Cardinali C, Pezzulli S, Anderson E 2004 Q.J.R.Meterorol.Soc. 130 2767

    [17]

    Huang S X, Sheng Z 2006 Acta Phys. Sin. 55 6720 (in Chinese) [黄思训、盛 峥 2006 55 6720]

    [18]

    Cai Q F, Huang S X, Gao S T, Zhong K, Li Z Q 2008 Acta Phys. Sin. 57 3912 (in Chinese) [蔡其发、黄思训、高守亭、钟 科、李自强 2008 57 3912]

    [19]

    Zhang L, Huang S X, Liu Y D, Zhong J 2010 Acta Phys. Sin. 59 2889 (in chinese) [张 亮、黄思训、刘宇迪、钟 剑 2010 59 2889]

    [20]

    Huang S X, Zhao X F, Sheng Z 2009 Chin. Phys. B 18 5084

    [21]

    Kress R 1989 Linear Inteqral Equation (New York: Springer-Verlag) p250—258

    [22]

    Kirsch A 1996 An Introduction to Mathematical Theory of Inverse Problem (New York: Springer-Verlag) p48—53

    [23]

    Morozov V A 1966 J. Comp. Math. Math. Phys. 6 170

    [24]

    Golub G H, Heath M, Wahba G 1979 Technometrics 21 215

    [25]

    Engl H W, Gfrerer H 1988 Appl. Numer. Math. 4 395

  • [1] 刘杰, 张建勋, 代煜. 基于多引导滤波的图像增强算法.  , 2018, 67(23): 238701. doi: 10.7498/aps.67.20181425
    [2] 陈典兵, 朱明, 高文, 王慧利, 杨航. 基于残差矩阵估计的稀疏表示目标跟踪算法.  , 2016, 65(19): 194201. doi: 10.7498/aps.65.194201
    [3] 段晓亮, 王一博, 杨慧珠. 基于逆散射理论的地震波速度正则化反演.  , 2015, 64(7): 078901. doi: 10.7498/aps.64.078901
    [4] 苏勇, 范东明, 游为. 利用GOCE卫星数据确定全球重力场模型.  , 2014, 63(9): 099101. doi: 10.7498/aps.63.099101
    [5] 刘广东, 张开银. 二维电磁逆散射问题的时域高斯-牛顿反演算法.  , 2014, 63(3): 034102. doi: 10.7498/aps.63.034102
    [6] 王青, 隆正文, 罗翠柏. 有限空间中Dirac场的正则量子化.  , 2013, 62(10): 100305. doi: 10.7498/aps.62.100305
    [7] 王新迎, 韩敏, 王亚楠. 含噪混沌时间序列预测误差分析.  , 2013, 62(5): 050504. doi: 10.7498/aps.62.050504
    [8] 赵延来, 黄思训, 杜华栋. 基于变分方法的有限区域风场分解与重构I: 理论框架和仿真实验.  , 2013, 62(3): 039204. doi: 10.7498/aps.62.039204
    [9] 周树波, 袁艳, 苏丽娟. 基于双阈值Huber范数估计的图像正则化超分辨率算法.  , 2013, 62(20): 200701. doi: 10.7498/aps.62.200701
    [10] 何明元, 杜华栋, 龙智勇, 黄思训. 大气廓线参数反演中基于大气可反演指数的正则化参数选择方法.  , 2012, 61(2): 024205. doi: 10.7498/aps.61.024205
    [11] 张卫民, 曹小群, 宋君强. 以全球谱模式为约束的四维变分资料同化系统YH4DVAR的设计和实现.  , 2012, 61(24): 249202. doi: 10.7498/aps.61.249202
    [12] 何然, 黄思训, 周晨腾, 姜祝辉. 遗传算法结合正则化方法反演海洋大气波导.  , 2012, 61(4): 049201. doi: 10.7498/aps.61.049201
    [13] 龙智勇, 石汉青, 黄思训. 利用卫星云图反演云导风的新思路.  , 2011, 60(5): 059202. doi: 10.7498/aps.60.059202
    [14] 赵小峰, 黄思训. 垂直天线阵观测信息反演大气折射率廓线.  , 2011, 60(11): 119203. doi: 10.7498/aps.60.119203
    [15] 姜祝辉, 黄思训, 何然, 周晨腾. 合成孔径雷达资料反演海面风场的正则化方法研究.  , 2011, 60(6): 068401. doi: 10.7498/aps.60.068401
    [16] 姜祝辉, 黄思训, 杜华栋, 刘博. 利用变分结合正则化方法对高度计风速资料调整海面风场的研究.  , 2010, 59(12): 8968-8977. doi: 10.7498/aps.59.8968
    [17] 刘广东, 张业荣. 二维有耗色散介质的时域逆散射方法.  , 2010, 59(10): 6969-6979. doi: 10.7498/aps.59.6969
    [18] 盛峥, 黄思训. 变分伴随正则化方法从雷达回波反演海洋波导(Ⅰ):理论推导部分.  , 2010, 59(3): 1734-1739. doi: 10.7498/aps.59.1734
    [19] 盛峥, 黄思训. 变分伴随正则化方法从雷达回波反演海洋波导(Ⅱ):实际反演试验.  , 2010, 59(6): 3912-3916. doi: 10.7498/aps.59.3912
    [20] 谢月新, 李志坚, 周光辉. 介观耗散电容耦合电路量子化中的正则变换.  , 2007, 56(12): 7224-7229. doi: 10.7498/aps.56.7224
计量
  • 文章访问数:  8787
  • PDF下载量:  1047
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2010-05-21
  • 修回日期:  2010-09-26
  • 刊出日期:  2011-07-15

/

返回文章
返回
Baidu
map