全球中期数值预报GRAPES_GFS制造技术

本发明专利技术公开了全球中期数值预报GRAPES_GFS，其特征在于，在大规模并行计算方面针对现有半隐式半拉格朗日积分方案在计算效率和可扩展性方面的不足提出对现有框架进行改进，基于半隐式积分格式和线性化系统推出了同时具备高效率和高性能的求解算法。采用非等距差分显著提高了背景温度廓线的计算精度，解决了在模式垂直分层厚度剧烈变化层次上背景温度廓线误差大的问题；重构和优化数字滤波模块，提高了数字滤波的稳定性和计算效率；建立了3D‑Var一体化的单点试验系统。

Global medium range numerical forecast

【技术实现步骤摘要】
全球中期数值预报GRAPES_GFS
本专利技术属于全球中期数值天气预报
，尤其涉及一种GRAPES(Global/RegionalAssimilationandPredictionSystem)全球中期数值预报方法(GlobalForecastSystem),简称GRAPES_GFS。
技术介绍
目前，全球中期数值天气预报系统是数值预报业务体系的核心，既为区域中尺度数值预报提供边界条件和背景信息，也是全球集合预报的基础。全球中期预报模式和同化技术的不断发展在很大程度上推动了世界数值预报整体研究和预报水平的不断提高[。因此，发展和不断改进全球中期预报系统是世界各天气预报业务中心的重点任务。有约束的卫星资料偏差订正技术，对于更好的利用观测信息、提高卫星资料使用率和分析精度有显著的贡献。传统的观测资料偏差订正主要依赖于观测和背景的差异，在业务应用中存在的两个主要问题：(1)当模式存在显著偏差时，观测信息会被错误订正；(2)当质量控制不完善时，会造成不合理的观测偏差估计和订正。但是，准业务版本GRAPES_GFS1.0版本在之后的业务运行过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.全球中期数值预报GRAPES_GFS，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、建立GRAPES_GFS全球中期数值预报系统，包括资料同化、动力框架、物理过程、并行计算、资料预处理、运行脚本模块；/n步骤2、在动力框架方面采用非插值位温拉格朗日平流计算、极区滤波方案的优化、引入地形滤波考虑有效地形、高精度守恒的标量平流方案研发、质量守恒订正、地形滤波、w-damping、平流层瑞利摩擦效应的引入以提高模式动力框架的稳定性、质量守恒性和计算精度；采用独立发展的保形正定守恒的半拉格朗日标量平流方案及极区处理技术以提高模式湿物理量场的计算精度；/n步骤3、根据半拉格朗日模式和欧拉通量形式方程组做到守...

【技术特征摘要】
1.全球中期数值预报GRAPES_GFS，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、建立GRAPES_GFS全球中期数值预报系统，包括资料同化、动力框架、物理过程、并行计算、资料预处理、运行脚本模块；
步骤2、在动力框架方面采用非插值位温拉格朗日平流计算、极区滤波方案的优化、引入地形滤波考虑有效地形、高精度守恒的标量平流方案研发、质量守恒订正、地形滤波、w-damping、平流层瑞利摩擦效应的引入以提高模式动力框架的稳定性、质量守恒性和计算精度；采用独立发展的保形正定守恒的半拉格朗日标量平流方案及极区处理技术以提高模式湿物理量场的计算精度；
步骤3、根据半拉格朗日模式和欧拉通量形式方程组做到守恒从而推出一个基于分段有理函数的标量平流方案PRM；
步骤4、在物理过程方面经两次升级和一次深入优化并形成物理过程包；
步骤5、以双参数云微物理过程为基础增加大尺度宏观云、深对流和浅对流的卷出反馈以及显式云量预报以形成完备的全球模式云计算方案；
步骤6、GRAPES_GFS全球同化预报系统云方案的水凝物含水量、粒子数浓度和云量的预报方程如下：









以上方程(1)、(2)、(3)中qx代表水汽以及云水、雨水、云冰、雪、霰五种水凝物的含水量，Nx代表除水汽和云滴外其他四种粒子数浓度，a代表云量；目前大尺度云凝结过程和深、浅对流卷出的影响只考虑云水qc和云冰qi的情况，忽略对雪qs、雨滴qr和霰qg以及各种粒子数浓度的影响；
步骤7、GRAPES_GFS模式空间3D-Var(Three-DimensionVariation)分析系统采用增量分析方案：



其中δx＝xa-xb，xa和xb是由模式变量构成的列向量，分别代表分析场和背景场；B是背景场的误差协方差矩阵；H是观测算子，将模式变量转换成观测相当量；R是观测的误差协方差矩阵,d是观测增量；模式空间的3D-Var的坐标和变量定义均与GRAPES_GFS预报模式完全匹配，分析变量与模式的状态变量相同；采用变量变换的方法将分析变量转化为变量间不相关的控制变量以降低背景误差协方差的维数；
步骤8、采用卫星辐射率资料定标的信息做为先验约束推出卫星辐射率资料有约束的偏差订正方法；
步骤9、设计并行IO的读写方式以解决现有串行IO并行规模越大总体速度越慢的问题，...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈学顺，薛纪善，陈德辉，韩威，胡江林，刘永柱，孙健，张林，金之雁，苏勇，王金成，龚建东，张华，张红亮，刘奇俊，陈起英，田伟红，胡江凯，周斌，赵滨，王建捷，
申请(专利权)人：国家气象中心，
类型：发明
国别省市：北京;11