资料变分同化中的若干理论问题

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篇1：资料变分同化中的若干理论问题

资料变分同化中的若干理论问题

对变分同化中的若干理论问题进行了研究,具体讨论了一类简单模式在整体和局部观测资料下的变分同化问题.对于整体观测资料下的变分同化问题,利用变分同化方法对预报模式中的'初值、参数以及模式进行了修正,从理论上作出了变分同化方法的误差估计及收敛精度的估计,证明了变分同化方法的有效性.对于局部观测资料下的变分同化问题,由于得到的解往往不适定,因而通常的变分同化方法失效.为了克服问题的不适定性所带来的困难,利用变分同化结合正则化方法对预报模式中的初值、参数以及模式进行修正,同样作出了变分同化方法的误差估计及收敛精度估计,证明了变分同化与正则化方法结合的必要性和有效性,并对正则化参数的选择提供了理论判据.最后,举了一个实例说明所提出的方法的有效性.

作 者：滕加俊 张瑰 黄思训 TENG Jia-jun ZHANG Gui HUANG Si-xun  作者单位：滕加俊,TENG Jia-jun(上海大学,上海市应用数学和力学研究所,上海,72;解放军理工大学,理学院,数理系,南京,211101)

张瑰,ZHANG Gui(解放军理工大学,理学院,数理系,南京,211101)

黄思训,HUANG Si-xun(上海大学,上海市应用数学和力学研究所,上海,200072;解放军理工大学,气象学院,南京,211101)

刊 名：应用数学和力学  ISTIC PKU英文刊名：APPLIED MATHEMATICS AND MECHANICS 年，卷(期)： 28(5) 分类号：P433 关键词：变分同化   正则化方法   收敛精度估计  

篇2：变分资料同化中不同的变分求解方法

变分资料同化中不同的变分求解方法

在应用变分资料同化方法时面临着两方面的难题:一是背景场误差协方差矩阵的求逆问题;二是与背景场误差协方差矩阵相关的计算与存储问题.为了解决这两方面的问题,不同的.求解方法便被提出来了.对主要的变分求解方法,包括增量法、运用空间滤波算子的变分分析法、预处理化法、物理空间统计分析法、谱统计插值法等进行了系统的回顾,对它们的优缺点进行了分析与讨论,并指出了变分资料同化中各种求解方法的适用条件.

作 者：王喜冬 许东峰 徐晓华 WANG Xi-dong XU Dong-feng XU Xiao-hua  作者单位：卫星海洋环境动力学国家重点实验室,国家海洋局,第二海洋研究所,浙江,杭州,310012 刊 名：海洋学研究  ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF MARINE SCIENCES 年，卷(期)：2007 25(3) 分类号：P731.3 关键词：数据同化   背景场误差协方差矩阵   变分法  

篇3：GPS折射角资料的变分同化试验

GPS折射角资料的变分同化试验

越来越多的新型观测资料为数值天气预报水平的进一步提高提供了许多新的机会.在各种新型的观测资料中,GPS(全球定位卫星系统)折射角资料无疑是非常重要的.GPS折射角资料具有分辨率高、全天候探测、覆盖全球等优点,实现对GPS折射角资料的变分同化,将具有非常重要的意义.文中介绍了如何获得及同化GPS折射角资料的原理.对GPS折射角资料的变分同化可以分为两种:间接同化和直接同化,文中对这两种方法都作了具体介绍.在变分同化的最小化过程中,计算效率无疑是最重要的,而优化步长的`计算又直接关系到算法效率的成败.根据最小化算法的特点,通过数学推导,得出一种适合于各种最小化算法的计算优化步长的自适应方法.最后,还利用1995年10月11日的GPS折射角资料进行了数值试验,结果表明了变分同化方法和计算优化步长方法的有效性.

作 者：王云峰 王斌  作者单位：王云峰(LASG, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029;Institute of Meteorology, PLA University of Science and Technology, Nanjing 211101)

王斌(LASG, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029)

刊 名：大气科学进展(英文版)  ISTIC SCI英文刊名：ADVANCES IN ATMOSPHERIC SCIENCES 年，卷(期)： 20(3) 分类号：P4 关键词：GPS折射角   变分同化   优化步长   GPS bending angle   variational assimilation   optimal step size  

篇4：一种显式四维变分资料同化方法

一种显式四维变分资料同化方法

提出一种新的资料同化方法--显式变分四维同化方法, 该方法将奇异值分解(SVD)技术用于四维空间的预报集合提取正交基向量, 这些基向量不但能够表现分析变量的空间结构, 也能反映它的.时间演变特征. 将分析变量依截断的基向量展开后, 控制变量会显式地出现在代价函数中, 避免了传统的变分四维同化方法所必需的伴随模式的运用, 使同化过程变得简单. 用浅水方程模式和人造资料进行的一系列数值试验对所提方法的有效性作了检验并和传统的变分四维同化方法进行比较. 结果表明, 在观测点很密集, 观测和模式都没有误差的情况下, 它不如传统的变分四维同化方法好. 但是当观测点稀疏时显式方法会好于传统的方法, 它对模式误差及观测误差的敏感性也远远小于传统的方法.

作 者：邱崇践 张蕾 邵爱梅  作者单位：兰州大学大气科学学院,甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室,兰州,730000 刊 名：中国科学D辑  ISTIC PKU英文刊名：SCIENCE IN CHINA(SERIES D) 年，卷(期)： 37(5) 分类号：P5 关键词：资料同化   四维变分   显式方法   奇异值分解   浅水方程  

篇5：在四维变分同化中运用协方差的试验

在四维变分同化中运用集合协方差的试验

利用浅水方程模式和模式模拟资料进行数值试验比较3种不同的背景误差协方差矩阵处理方法对四维变分(4DVAR)资料同化的影响.3种背景误差协方差矩阵分别是:(1)对单一变量将背景误差协方差矩阵简化为对角矩阵;(2)将背景误差协方差矩阵的'作用简化为高斯过滤;(3)由预报集合生成背景误差协方差矩阵并利用奇异值分解技术解决矩阵的求逆.通过一系列数值试验,比较不同观测密度、不同观测误差下3种背景误差协方差处理方法对4DVAR同化效果的影响.结果表明,背景误差协方差的结构对4DVAR有重大影响.当观测资料的空间密度不够高时,采用对角矩阵得不到满意的结果.高斯过滤方案可以明显改善同化结果,但是对背景误差特征长度比较敏感.第3种方法采用的背景误差协方差矩阵是流型依赖的,而且并不以显式的方式出现在目标函数中.避免了对它求逆的复杂运算.由于做了降维处理,在观测点的密度较低和观测误差较大时可望取得较好的同化结果,同化效果较为稳定.

作 者：张蕾 邱崇践 张述文 ZHANG Lei QIU Chongjian ZHANG Shuwen  作者单位：半干旱气候变化教育部重点实验室,兰州大学大气科学学院,兰州,730000 刊 名：气象学报  ISTIC PKU英文刊名：ACTA METEOROLOGICA SINICA 年，卷(期)：2009 67(6) 分类号：P435 关键词：资料同化   背景误差协方差   四维变分   预报集合   奇异值分解   Data assimilation   Background error covariance   4D variation   Ensemble forecasts   Singular value decomposition  

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