WRF DA资料同化系统理论、运行与变分、混合同化新方法

数值预报已经成为提升预报质量的重要手段，而模式初值质量是决定数值预报质量的重要环节。资料同化作为提高模式初值质量的有效方法，成为当前气象、海洋和大气环境和水文等诸多领域科研、业务预报中的关键科学方法。资料同化新方法的快速发展，气象常规资料、卫星遥感观测和大气环境等多种资料日益增加，为资料同化的有效应用奠定了坚实的科学基础，也导致许多新的复杂科学问题，增加了实际应用的难度。

为有效提升广大科研、业务人员的资料同化理论基础和应用能力以及研究水平，提高我国气象、海洋和大气环境等领域的数值预报业务的质量和实际预报水平。应广大气象和大气环境等领域工作者的要求，本教程以WRF DA变分资料同化系统为核心，针对实际应用中的重点和难点问题，开展资料同化理论和方法的讲解，并结合实际天气个例，致力于培养和提高学习人员的理论水平和实际应用能力。
 

【教 程】WRF DA 资 料 同 化 系 统 理 论、运 行 与 变 分、混 合 同 化 新 方 法 技 术 应 用

【目标】：
1.掌握和理解资料同化的理论；
2.熟悉Linux环境下的配置和应用；
3.掌握背景误差协方差、物理约束关系的调优和更新；
4.掌握新观测资料同化的关键技术，如观测算子的构造、伴随程序的发展等；
5.熟悉同化结果的分析方法；
6.掌握Bash、GRADS、NCL等后处理工具进行结果处理及分析;
7.掌握在气象、环境、生态、水文等领域应用技术的拓展和方法;
8.熟练掌握WRF ETKF-3DVAR DA混合同化系统的应用。

【专家】：马老师（副教授），来自高等院校，科研机构的数值预报资料同化高级专家，拥有丰富的科研和实际应用经验，长期从事数值预报、资料同化等国家级科研项目研究与教学工作。

资料同化的基本理论与方法
资料同化的基本概念、发展
资料同化的主要科学问题
资料同化的理论基础与早期方法
各种资料同化方案及其特点

WRF DA的环境需求、系统安装、调试与运行  (实践操作)
Linux基本命令的应用
Linux环境变量的设置
编译器的安装与设置
WRF DA的环境变量和动态库的配置等
WRF DA的安装、编译及运行等
GrADS、NCL绘图的编译安装与使用

观测资料与质量控制
观测资料的基本要求
常规观测资料与非常规观测
卫星资料及其同化
新型观测系统
观测资料的质量控制及一般方法

WRF DA同化系统的配置
背景误差的构造  (实践操作)  
水平网格的设置
垂直层次的配置
物理方案、参数化方案的选取
观测要素的选取
背景误差协方差的作用和常用的构造方法，如新息向量法（以GRAPES模式为例）、NMC方法等（WRF DA的三维变分程序为例）
背景误差的构造方法
中小尺度变分同化B的构造
混合同化中背景误差协方差的构造及其特点
混合同化中B的比例关系

WRF DA变分资料同化
WRF DA混合同化新方法
WRF DA变分同化的基本框架
观测算子的构造
动力平衡和物理约束的实现
伴随模式及其程序编写
解决新资料的同化应用方法
ETKF-WRF DA混合同化方案的特点
ETKF集合扰动方案的说明
扩展控制变量法及其设置
流依赖的背景误差协方差的构造
实例分析

变分同化的单点试验
混合同化的单点试验(实践操作) 
质量场单点试验
风场单点试验
湿度场的单点试验
流依赖属性的试验分析（结合槽和台风）
分析增量的结构与物理约束关系

同化分析增量的分析（理论与实操）
不同观测资料对分析的影响
不同观测要素对分析的影响
有效观测资料的确定
分析增量的认识

WRF DA和ETKF-3DVAR混合同化系统的实际应用(实践操作) 
结合实际的天气个例，重点掌握WRF DA和WRF ETKF-3DVAR混合同化系统的同化、预报的参数设置、新资料的同化方法和系统运行、结果分析，以及与其他模块的耦合等
暴雨天气过程的同化分析
台风天气过程的同化分析

大气科学、大气污染模型推荐：
●EKMA曲线及大气O3来源解析
●MCM箱模型建模方法及大气O3来源解析实践技术应用
●大气颗粒物PMF源解析实践技术应用
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●全套区域高精度地学模拟-WRF气象建模、多案例应用与精美制图
●SMOKE模型排放清单处理技术及在多模式下实践应用方法与VOCs排放量核算
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●CLM 陆面过程模式实践技术应用
●WRF DA资料同化系统理论、运行与变分、混合同化新方法技术应用
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●Python人工智能在气象中的实践技术应用
●基于CAMx的空气质量模拟及污染来源解析技术与案例分析
●Python在WRF模型自动化运行及前后处理中的实践技术应用
●区域气象-大气化学在线耦合模式（WRF/Chem）
●基于全球模式比较计划CMIP6与区域气候-化学耦合模式WRF-Chem的未来大气污染变化模拟