Influence of radiosonde observations on the sharpness and altitude of the midlatitude tropopause in the ECMWF IFS
Notice bibliographique
Résumé
Abstract. Initial conditions of current numerical weather prediction systems insufficiently represent the sharp vertical gradients across the midlatitude tropopause. Data assimilation may provide a means to improve tropopause structure by correcting the erroneous background forecast towards the observations. In this paper, the influence of assimilating radiosonde observations on tropopause structure, i.e., the sharpness and altitude, is investigated in the ECMWF's Integrated Forecasting System. We evaluate 9729 midlatitude radiosondes launched during 1 month in autumn 2016. About 500 of these radiosondes, launched on request during the North Atlantic Waveguide Downstream Impact Experiment (NAWDEX) field campaign, are used to set up an observing system experiment (OSE) that comprises two assimilation forecast experiments, one run with and one without the non-operational soundings. The influence on the tropopause is assessed in a statistical, tropopause-relative evaluation of observation departures of temperature, static stability (N2), wind speed, and wind shear from the background forecast and the analysis. Temperature is overestimated by the background at the tropopause (warm bias, ∼ 1 K) and underestimated in the lower stratosphere (cold bias, −0.3 K) leading to an underestimation of the abrupt increase in N2 at the tropopause. The increments (differences in analysis and background) reduce these background biases and improve tropopause sharpness. Profiles with sharper tropopause exhibit stronger background biases but also an increased positive influence of the observations on temperature and N2 in the analysis. Wind speed is underestimated in the background, especially in the upper troposphere (∼ 1 m s−1), but the assimilation improves the wind profile. For the strongest winds the background bias is roughly halved. The positive influence on the analysis wind profile is associated with an improved vertical distribution of wind shear, particularly in the lower stratosphere. We furthermore detect a shift in the analysis tropopause altitude towards the observations. The evaluation of the OSE highlights that the diagnosed tropopause sharpening can be primarily attributed to the radiosondes. This study shows that data assimilation improves wind and temperature gradients across the tropopause, but the sharpening is small compared with the model biases. Hence, the analysis still systematically underestimates tropopause sharpness which may negatively impact weather and climate forecasts.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
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Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».