Page 253 - 《高原气象》2022年第6期
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高     原      气     象                                 41 卷
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             术，并在同化中尝试引入气球漂移信息，逐步推动                             无偏要求，并且模式的定量化应用对于观测资料的
             秒级探空的业务应用。如：英国气象局和澳大利亚                             质量要求更为严苛。立足于上述基本点，本文建立
             气象局利用对数气压线性插值计算模式边界，结合                             了面向业务同化应用的秒级探空的两步质量控制
             模式层间积分平均的求解策略来提取出适应模式                              方案，第一步质量控制旨在剔除人为观测错误，第
             面的探空观测，认为这种方案能最大程度地使用秒                             二步质量控制在同化系统中新增一致性检查模块
             级探空的垂直层数（Ingleby and Edwards，2015）。                来动态剔除黑名单资料，从而避免在同化分析中引
             欧洲中期天气中心、加拿大气象中心和美国海军研                             入代表性偏差较大的观测造成模式分析场失真。
             究实验室等则回避插值方案，采用挑选“最接近模                             在此基础上，对比、评估秒级探空质量控制前后的
             式层观测”或者“等间距采样”的方式来进行秒级探                            统计特征，并结合数值同化分析结果，综合论证两
             空的垂直方向稀疏化，这类求解策略能缓解稠密观                             步质量控制方案的合理性和资料同化的适用性。
             测间垂直相关性过大的问题，实施上也更为简捷                              本文的研究工作有助于加深对 L波段秒级探空资料
             （Ingleby et al，2016）。随着数值模式向更高水平和                  的理解和应用，为今后在业务数值模式中顺利完成
             垂直分辨率的精细化方向发展，探空气球的水平漂                             从常规探空到秒级探空的升级、切换建立基础、积
             移距离已超出了模式网格距，时间漂移也跨越了多
                                                                累经验。
             个同化时间窗。因此，欧洲中期天气中心、加拿大
             气象中心和韩国气象局尝试在业务模式中运用四                              2   资料选取
             维变分技术引入气球的时空漂移信息，试验结果表
                                                                    本文的秒级探空观测来源于国家气象信息中
             明同化探空漂移信息对改善模式初始场，提高模式
                                                                心牵头建设的全国综合气象信息共享平台 CIMISS
             预报技巧有积极意义（Ingleby，2017；Laroche and
                                                               （China Integrated Meteorological Information Ser‐
             Sarrazin，2013；Choi et al，2015）。
                                                                vice System）数据库。探空观测每日定常两次，分别
                  我国的秒级探空观测前期主要用于精细化天
                                                                为 00:00（世界时，下同）和 12:00，部分台站在 06:00
             气学分析、大气重力波研究以及不同遥感设备间的
                                                                会按需进行加密观测（陈敏等，2011）。图 1［该图及
             相互校验，在这些方面积累了大量成果（卞建春
                                                                文中其他地图均是基于中华人民共和国自然资源
             等，2004；蔡淼等，2014；吴蕾等，2014；姚雯和马
                                                                部地图技术审查中心标准地图服务系统下载的审
             颖，2015）。近年来，受科研和业务需求引领，郝民
                                                                图号为 GS（2020）4630 号的标准地图制作，底图无
             等（2014）和姚爽等（2015）先后将秒级探空应用于
                                                                修改］为 2018 年 6 月 9 日 00:00 和 06:00 我国秒级探
             中尺度业务模式 GRAPES（Global/Regional Assimi‐
                                                                空的资料分布。从图 1 中可知，全国 120 个站点中
             lation and Prediction System）和 WRF（Weather Re‐
                                                                有 96. 7% 的台站探测高度在 20000 m 以上，其中
             search and Forecasting Model），指出秒级探空资料
                                                                GCOS（Global climate observation system）站的平均
             在数值预报业务中具有应用潜力。然而，在上述科
                                                                最大探测高度约 38238 m，非 GCOS 站为 29028 m，
             研成果进行业务集成的过程中，发现秒级探空观测
                                                                整体探测高度水平达到优级标准。此外，定常时刻
             在我国数值预报领域中的认识还是相对有限，距离
                                                                和加密时刻站点数相差悬殊，因此，本文选取观测
             业务同化应用目标还有差距，存在一些科学问题需
             要进一步挖掘。其中，数据的质量控制问题最为基                             资料较多的 00:00 和 12:00 时刻，研究时段为 2018
             础，但极为重要。                                           年6月1日至8月31日。
                  秒级探空的质量控制经验早期源于国际大型                           3   质量控制算法设计
             野外观测试验，如热带西太平洋海气耦合计划、大
             气季节内振荡动力学研究计划等（Scot et al，1996；                        气象资料的误差可分为随机误差、系统性误差
             Ciesielski et al，2012）。在国内，国家气象信息中心                和过失误差（王轶等，2013）。其中，随机误差为观
             围绕中国第一代全球大气再分析资料（CRA-Inter‐                        测系统固有，且无法订正，但随机误差一般呈现正
             im）的生产研制，开展秒级探空的质量控制，形成                            态分布，符合变分同化假设要求。因此，资料的过
             了中国高空 L 波段秒级观测基础数据集（2006-                          失错误和代表性误差是秒级探空质量控制中的关
             2015）（廖捷等，2018）。面向同化应用的秒级探空                        键。对此，本文设计了秒级探空的两步质量控制方
             质量控制与前人研究存在共性但也有差异，其特殊                             案，其处理流程见图 2，具体方法将在下文展开详
             性在于需兼顾变分同化理论对于观测资料的均质、                             细论述。
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