卫星资料同化应用对数值预报误差的观测敏感与影响研究

卫星资料同化应用对数值预报误差的观测敏感与影响分析可以表征出不同传感器类型、探测通道、观测位置、无云或有云条件等资料使用情况下卫星资料对数值预报效果是起改善还是退化作用，以及作用程度大小的定量估计。项目将开展三方面的研究工作：1）建立卫星资料同化应用对数值预报误差的观测敏感与影响分析计算流程；2）分析我国区域短期数值预报中卫星资料的观测敏感与影响，讨论各类传感器、探测通道、位置分布、晴空和受云影响卫星资料对数值预报误差的作用,将重点聚焦到对预报效果产生负影响的卫星资料使用情况上，揭示卫星资料同化应用中存在问题并引导解决策略；3）比较观测敏感与影响分析和观测系统试验的结果，确认方法对传统预报误差影响评判的表征程度。工作有助于分析发现和解决我国天气系统数值预报中卫星资料同化应用存在问题，推动卫星资料应用和观测系统相关工作向前发展。

卫星资料的同化应用对数值预报效果具有重要影响，依据资料对数值预报的敏感与影响分析能够清楚显示出资料的作用，从而调整优化资料的使用。围绕研究目标，项目主要完成了4个方面的研究工作：1）伴随敏感分析的适用性和特征分析。针对敏感分析采用的线性近似，研究了基于线性化近似的伴随敏感分析方法对研究问题的适用性和敏感初始误差特征，敏感初始误差的去除能够有效减少预报误差，干能量误差达10-30%；2）卫星资料同化应用对数值预报敏感初始误差的影响分析。计算数值预报误差相对于初始物理量的敏感梯度，定量确定初始场中对数值预报效果有主要影响的敏感初始误差，通过同化卫星资料试验增量与敏感试验增量的比较，分析卫星资料同化应用对初始误差特征的表征，以此为基础进一步就卫星探测传感器、通道选择和资料稀疏化3个方面讨论卫星资料不同同化应用方案下对敏感初始误差特征的影响；3）FY-3和NPP卫星微波资料同化和对数值预报影响研究。结果表明，FY-3和NPP卫星微波探测均具有与NOAA卫星AMSUA/MHS相当的观测质量，资料的同化应用可为资料同化系统提供更加丰富的观测信息，有效改善数值预报效果，不同个例效果存在差异。主要依据窗区通道探测的云检测方案在资料同化应用中需要加以调整和试验；4）卫星微波遥感受水成物影响及其敏感度分析研究。使用快速辐射传输模式CRTM,通过中尺度数值模式WRF预报输出的水成物信息，分析了云水、雨水、冰、雪和霰5类水成物对卫星微波遥感的影响及水成物辐射效应给卫星微波观测计算带来的误差特征，设计敏感性试验研究了卫星微波遥感对水成物含量、有效粒子半径和垂直分布层次的敏感度。