Page 263 - 《高原气象》2022年第6期

高 原 气 象 41 卷
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表3 数值试验方案设计
Table 3 Numerical experiment schemes
试验 方案
Exp1 同化资料为地面、飞机、云导风、船舶、掩星折射率、卫星洋面风+全国 120站秒级探空（00:00/12:00），其中秒级探空仅经过背
景场检查（同化系统中自带缺省方案），为控制试验
Exp2 同Exp1，但秒级探空经过本文提出的两步质量控制方案，为敏感性试验，旨在考察两步质量控制法在实际同化应用中的效果
Exp3 同Exp1，但探空资料为目前业务常规探空，为平行试验，旨在探讨两步质控后秒级探空是否具备替代业务常规探空的潜力

表4 不同数值试验方案下OMB/OMA的均方根误差 没有风场优势明显，对秒级探空的湿度资料未做偏
（RMSE） 差订正可能是一个潜在的原因，未来需要进一步加
Table 4 RMSE（root mean square error）of OMB/OMA 强对湿度信息的质控研究。
in assimilation system of different numerical
experiment schemes 5 结论

O-B Exp1 Exp2 Exp3 秒级探空资料在数值预报系统中实现定量化
观测要素
（A） （Sec-default）（Sec-2stepqc）（Oper-Tra）
应用是高空观测站网未来改革的重要方向之一。
-1
U-wind/（m·s ） O-B 3. 22 2. 71 2. 91
围绕此目标，本文进行了 L 波段秒级探空资料同化
O-A 3. 10 2. 03 2. 25
应用前重要的基础性研究工作。基于 2018 年 6-8
-1
V-wind/（m·s ） O-B 2. 97 2. 69 2. 91
月的秒级探空资料，建立了面向同化应用的秒级探
O-A 2. 88 2. 01 2. 23
空两步质量控制方法，并对质量控制方案的合理性
T/K O-B 1. 98 1. 50 1. 57
进行了综合论证。主要结论如下：
O-A 2. 37 1. 18 1. 32
（1） 两步质量控制方法的第一步质量控制瞄
RH/% O-B 18. 17 17. 14 16. 83
准探测层面的过失错误。以 GRAPES 模式中的常
O-A 18. 05 14. 60 15. 26 规探空的质量控制系统为原型，针对秒级资料的自
身特点，补充 6 类检查模块，形成更为全面的质量
行比较可以发现，同化系统自带的缺省质量控制方
控制策略。质量控制前后的样本统计结果显示：新
案存在质控不足，其同化效果差于常规探空，与此
建立的质量控制算法能有效鉴别人为观测错误，提
相反，两步质控后风场的同化效果略优于常规探
高资料的一致性和准确性。
空，风场的标准差平均减小了约 1%，偏差也有改
（2） 两步质量控制方法的第二步质量控制针
善，说明对秒级探空资料加强质量控制十分有必
对观测和模式背景场间的代表性偏差。通过在同
要，能增强资料的同化适用性从而更好地发挥资料
化系统中引入“动态黑名单”检查模块来加强质控，
作用。
结果表明该策略能有效缓解模式和观测间的风场
图 10 给出了 Xa/Xb 场相对于掩星观测的标准
偏差问题，进一步提高观测资料的同化适用性。
差和偏差的垂直分布，掩星折射率由气压P、温度T
（3） 将 GRAPES 同化分析系统作为评测工具，
和水汽压E综合计算得出，即：
P E 评估实际同化应用中两步质量控制方案的优劣。
N = 77.6 + 3.73 × 10 × （4）
5
T T 2 10天批量试验结果表明：相较于同化系统缺省的单
因此，掩星折射率可以间接反映温度和湿度同 一背景场检查，秒级探空的两步质量控制方法能有
化对分析和预报的影响。从图 10可知，上述 3组试 效提高资料的应用效果，两步质控后的秒级探空具
验整体差异不大，Xa 和 Xb 场的整层标准差仅相差 备替代业务常规探空的潜力。
0. 01% 左右。偏差的差别相对明显，其中两步质控 本文针对特定研究时段下秒级探空资料所暴
后（红线）的折射率偏差比同化系统缺省方案（黑 露的质量问题提出了解决方案，取得了良好成效，
线）更接近于零，特别是在模式高层，体现了两步 但由于秒级探空资料的误差来源众多，随机性较
质 控 的 优 势 ，但 与 常 规 业 务 探 空（绿 线）相 比 ， 强，未来可能会遇到更为复杂的质量问题，需要在
15 km 以上偏差略显负贡献，但两者的最大差值仅 业务实践中不断优化质控策略来应对更多的资料
为 0. 13%。总体而言，相对于业务常规探空，两步 问题。此外，本着将“高可靠资料”优先在数值系统
质控后的秒级探空的温度、湿度同化效果偏中性， 中用好的原则，文中采用的质量控制策略相对严