数据同化——它的缘起,含义和主要方法

我国已进入流体动力学的卫星观测世纪,数据同化（有时叫“四维同化”）,势必成为随之而来的重要课题之一。针对目前人们对这一课题尚无太多了解,从而在实际工作中产生一些混乱,笔者在本文就数据同化的必要性,它的含义,它的开创和现在研究、应用中的主要方法作一比较详细的论述。     

用插入观测法将高度计观测同化到海浪模式WAM中

本文讨论了海浪数值预报的特殊性,分析了卫星高度计观测的特征,指出了如何用插入观测法同化卫星高度计观测的有效浪高和海面风场,介绍了Ｔｈｏｍａｓ,Ｊａｎｓｓｅｎ等人和Ｌｉｏｎｅｌｌｏ等人的同化研究,并在结尾作了讨论和总结。     

MODAS试验数据统计分析

模块化海洋数据同化系统（MODAS）通过同化卫星遥感测得的海面温度和海面高度，产生一种动态气候态，能够更接近地预报出海洋的真实状况。介绍了MODAS基本原理，并选择试验海区，对MODAS数据进行了统计和分析。     

集合数据同化方法的发展与应用概述

集合数据同化方法具有简洁概念化的公式和应用起来相对容易等优点,因此,它们获得了普及性的应用;近10年来集合数据同化方法已经得到了快速的发展。综述了包括集合卡尔曼滤波(EnKF,Ensemble Kalman Filter)、集合卡尔曼平滑(EnKS,Ensemble Kalman Smoother)、集合方均根滤波(EnSRF,Ensemble Square-Root Filter)和减秩卡尔曼滤波(SEEK,Singular Evolutive Extended Kalman Filter)等集合数据同化方法的研究进展状况。通过与其它数据同化方法的对比,总结出了这些方法的特点,探讨了我国在集合数据同化方法研究中存在的问题并展望了该方法的研究和应用前景。     

各向异性背景场误差协方差构建及在“凡亚比”台风的应用

利用相临过去时段预报结果中同一时刻不同时效的模式预报场差异,计算预报误差协方差,并基于集合-变分混合同化系统将其与静态背景场误差协方差结合,从而在同化系统中构建了具有各向异性和一定流依赖特征的背景场误差协方差。单点观测理想试验显示本方案改善了静态模型化背景场误差协方差的各向同性和流依赖性问题。“凡亚比”台风的一系列同化及模拟试验表明,从台风路径、强度等方面本文方案的效果都要优于三维变分法。本文方案在不需要集合预报,计算量与三维变分法相当的情况下,给同化系统引入了各向异性、一定流依赖特征的背景误差协方差,因此本方案适于在计算资源较为紧缺情况下,对时效要求较高的预报业务中应用。     

台风Bogus资料的四维变分同化试验

给出人造台风(即Bogus)资料同化方案,并用于生成台风的初始结构,同时用9608号台风进行了测试,资料同化和预报均采用第5代中尺度模式系统(The Fifth-Generation NCAR/Penn State Mesoscale Model,简称MM5),结果发现该方案能产生成熟台风的许多结构特征,对9608号台风的预报也有明显改进.模式的初始场更适合于预报模式,能有效抑制积分初期的旋转加强(即Spinup)现象;强度预报和路径预报都得到改善,Bogus资料同化方案的各时次路径预报误差均比Bogus资料直接嵌入方案的误差要小.     

4种单胞藻同化速率与温度关系的实验研究

本文采用~(14)C示踪法,实验研究了温度对小球藻、牟氏角毛藻、聚生角毛藻和钙质角毛藻同化速率的影响,发现这4种藻类的同化速率随温度呈非线性函数变化,并从理论上阐述了藻类生长过程中对温度的要求和适应,以及这4种藻类光合过程的平均活化能。     

海洋浮游动物的同化率

我国的海洋生态学要紧跟国际热点和前沿课题 ,不能重复发达国家已有的研究。但是跨过这个研究阶段并不表示这些已有的研究成果不重要 ,要对已有成果进行很好地分析、整理和继承。海洋生态系统的功能是它的能流和物流 ,各营养级之间的能流效率是生态系统研究的一个重要内容 ,也是生态系统建模的重要参数。本文综述浮游动物同化率（ＡＥ：ＡｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）的研究方法和一些结果。同化率是通过肠道被吸收到动物体内的营养物质（ＮＳａｂｓｏｒｄ,ＮＳ：ＮｕｔｒｉｅｎｔＳｕｂｓｔａｎｃｅ）占动物摄入的营养物…     

红外和水色遥感资料同化研究设想

本文指出卫星红外及水色遥感资料同化研究，需要建立在中尺度分辨力大洋热力动力准地转运动与上混合层运动耦合数值模式的基础上，利用该耦合模式可进一步研究中尺度温度结构及相应运动场的形成、演化和统计特征，使该模式具有温度场预报应用的价值，并得到诸如叶绿素、悬浮泥沙等水色要素在空间场的分布，且使温度场和水色要素场与动力环境相协调。该项研究对卫星海洋学发展有深刻的理论意义和潜在应用前景。     

Kalman滤波法在海温数据同化中的应用研究

以一维水温垂直分布数值模型为例，探索 Kalman 滤波法在海温观测数据同化中的应用。文中给出了在 165°E 赤道海域将连续观测的海温资料同化到模型中的 Kalman 滤波法试验，计算结果表明该同化方法对改进海温数值计算是十分有效的。     

渤海、黄海、东海冬季海流场温度场数值模拟和同化技术

利用NASA高分辨率的卫星遥感资料SST,采用Nudging同化来模拟渤海、黄海、东海的三维温度场,减小用热通量作上边界条件所带来的误差.结果表明,模拟的海流场能较好地反映渤海、黄海、东海的环流特征.数据同化后的温度场优于未经同化的温度场.3个选择站点的同化值与实测值的均方根误差分别为1.307,0.526,0.744,用热通量资料模拟的水温与实测值的均方根误差分别为2.160,0.979,1.330.尽管只同化了海表温度,但数据同化对三维温度场结构都有影响.     

利用伴随同化方法估计渤海潮汐模式的底摩擦系数

利用伴随同化方法，根据岸边潮位站的水位观测资料反演渤海二维非线性潮汐模型的底摩擦系数。计算结果与潮位站观测资料符合良好。结果表明利用伴随同化方法从岸边潮位观测资料估计潮汐模式的底摩擦系数是可行的。     

海洋科学中的数据同化方法--意义、结构与发展现状

卫星观测数据的同化技术已成为海洋动力学研究的一个有效手段。详细讨论了数据同化方法的意义、系统结构及其发展近况，并总结了海洋科学研宄中的应用及发展状况．     

拉格朗日资料同化的研究进展

拉格朗日资料对了解海洋环流和大气环流的动力学过程起到很重要的作用,同化拉格朗日资料有很大的必要性.拉格朗日观测工具主要提供的是水团或空气微团的位置和速度等信息,因为拉格朗日资料提供的是移动框架的数据而不是欧拉格点上的模式变量,所以随着拉格朗日观测覆盖大部分海洋和全球海洋环流模式的实现,采用先进的同化方法充分利用这些资料来提高分析预报准确性势在必行.在同化方法不断的发展中最优插值、变分同化、卡尔曼滤波这几种方法都有很好的应用.     

山东沿海浮游植物的同化系数

应用~(14)C示踪的方法,对山东沿海的13个海区浮游植物的同化系数进行了比较全面的测定和计算。指出不同海区和不同季节同化系数存在着明显的变化。提出不同海区季和年平均值的变化范围,以及垂直变化规律的特点。     

基于POM模式与blending同化法建立中国近海潮汐模型

利用POM海洋数值模式建立了中国近海（2°N-41°N，99°E～132°E）分辨率为5′×5′的潮汐模型，模式采用blending同化法同化了由10年TOPEX／Poseidon测高数据反演的潮汐参数与沿岸52个验潮站观测。精度分析表明建立的潮汐模型的8分潮RSS为12．5cm。     

不同 AMDAR资料同化时间窗对台风“摩羯”预报影响研究

2018年第14号台风“摩羯”对山东造成了大范围暴雨和大风天气,基于WRF（Weather Research and Forecasting）模式及其Hybrid-3DVAR混合同化预报系统,对Hybrid-3DVAR不同集合协方差比例和不同航空气象数据转发（aircraft meteorological data relay,以下简称AMDAR）资料同化时间窗对台风“摩羯”预报的影响进行了数值研究。结果表明：加大集合协方差比例对台风“摩羯”路径预报有较大影响和改进;当全部取来自集合体的流依赖误差协方差时,预报的台风路径最好,降水预报也最接近实况;AMDAR资料同化对于台风路径和降水预报也有正的改进作用,但加大集合协方差比例到100%时对台风路径预报影响更大;不同资料同化时间窗会影响同化的AMDAR资料数量,从而影响台风降水精细化预报;45 min同化时间窗的要素预报误差最小,对台风造成的强降水精细特征预报最接近实况;不同资料同化时间窗主要影响台风降水预报落区分布,对台风路径预报影响相对较小。     

多普勒雷达资料同化在台风“灿都”(2010)预报中的应用研究

文章基于中尺度天气预报模式(WRF)及其三维变分同化系统(WRF-3DVAR), 采用了两部雷达径向风资料, 进行单一时间分析以初始化台风“灿都”(Chanthu), 比较研究了同化雷达径向速度(V_r)对台风“灿都”分析和预报的影响。结果表明: 同化雷达径向风的作用主要体现在台风强度和环流结构的调整, 且在同化达到一定时长后, 对改进同化后的预报分析有积极效应。同化试验改进台风的初始风场以及台风环流中心的热力和动力结构、强度和位置, 进而提高18h预报的台风结构、路径、强度。     

双壳贝类同化率研究进展

通过研究双壳贝类同化率和环境因子的关系,探索最适养殖环境,可以为人工控制条件养殖双壳贝类提供理论依据;同时,可判断一个海区对双壳贝类养殖的适宜情况,为选择适宜养殖海区及确定养殖模式提供依据。双壳贝类除了对海区浮游植物和有机碎屑等贝类饵料有影响外,对生物沉积也有重要作用。双壳贝类通过滤水作用摄食海水中浮游植物和有机碎屑,又通过排粪作用(假粪和粪便)和排泄作用把废物排入海中,从而影响海区中营养盐的组成和分布,严重时造成局部海区富营养化,成为引发赤潮的一种诱因。双壳贝类排粪量的多少与同化率高低有关。因此,双壳贝类…     

海浪数值预报误差的统计分析

针对海浪资料同化中预报误差的统计性质难以确定的问题,利用WAVEWATCHⅢ和Topex/Posei-don(T/P)有效波高观测资料,对东中国海区的有效波高预报误差进行了统计分析。结果表明,预报误差符合正态分布;不同网格点的预报误差协方差随距离增长呈指数关系递减,并且空间上表现出弱各向异性;在预报模式空间网格为0.5°×0.5°条件下相关距离为3.0°~5.9°。