En-3DVAR混合资料同化自适应耦合系数的试验研究

发布时间：2020-04-06 06:18

【摘要】：混合资料同化方案将变分资料同化方案框架和集合预报扰动表征具有流依赖属性的预报误差协方差的优势相结合,具有明显改善资料同化分析质量的效果,是当前数值预报资料同化发展的趋势。目前关于混合资料同化开展了诸多研究工作,取得了良好的研究和应用效果,但静态背景误差协方差和具有流依赖特征的集合预报误差协方差耦合的相关问题尚需要深入研究。本文以WRF中尺度同化预报系统为基础,针对En-3DVAR混合资料同化系统中固定背景误差协方差与集合预报误差协方差耦合的关键科学问题开展了数值预报误差的流依赖特征以及最优耦合系数、最优耦合系数的主要影响因子、自适应最优耦合系数的构建等方面的研究工作,得到了可靠的研究结论:(1)不同的天气形势、不同天气系统具有各自不同的流依赖特征;不同流依赖特征通常对应着集合估计的预报误差协方差和固定的背景误差协方差的不同耦合系数。(2)在混合资料同化中,不同的天气系统均具有对分析和预报质量改善最显著的耦合系数,即为最优耦合系数,且该最优耦合系数随不同天气系统、不同时间而变化;集合预报质量、物理参数化方案等对最优耦合系数均具有重要影响。(3)发展提出了自适应耦合系数的概念,基于能量标准构造的耦合系数自适应函数能够合理、有效地自动识别混合资料同化的最优耦合系数,从而实现了集合估计的预报误差协方差和固定的背景误差协方差的最合理的耦合,为充分发挥混合资料同化的潜在优势,进一步改善分析和预报质量奠定了科学基础。
【图文】：

模式物理,参数化方案,模式系统,四维

变分同化通过迭代法实现了代价函数极小化的过程，其中三维（３ＤＶＡＲ）逡逑和四维（４ＤＶＡＲ）资料同化之间的区别在于四维变分引进了数值预报模式。逡逑ＷＲＦＤＡ系统的各部分与ＷＲＦ系统的其余部分的关系如下

流程图,同化系统,蓝色,系统组成

ＮＣＥＰ２．邋ＮＡＲＲ．逡逑ＥＣＭＷＦ，邋ｅｔｃ．逡逑图２．１邋ＷＲＦ模式系统流程图（引自ＷＲＦ用户使用手册３．７．１版本）逡逑２．１．２逦ＷＲＦ模式物理参数化方案逡逑在模式模拟天气状态及其过程时，通常会由于模式分辨率不足等原因，对逡逑次网格尺度的物理过程描述不准确，，需要诸如微物理、积云对流、边界层、辐逡逑射等物理过程参数化来完善模拟的效果（胡向军等，２００８）。因为物理参数化方逡逑案不是本文的主要研究内容，具体介绍可参照ＷＲＦ用户使用手册，这里不再一逡逑一介绍。逡逑２．２逦ＷＲＦ同化系统介绍逡逑资料同化是将观测与数值预报模式产品（第一猜测或背景预测）相结合，逡逑根据它们各自的误差统计信息提供对大气（或海洋）状态的估计（分析）的技逡逑术。变分同化通过迭代法实现了代价函数极小化的过程
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P456.7

【参考文献】