结合反问题技巧对一维海温模式变分资料同化的理论分析及数值试验

以一维海温模式为例, 采用变分资料同化技术及处理数学物理反问题的技巧, 对初始条件、边界条件和模式参数等进行最优估计和确定. 为了克服反问题中不适定性带来的困难, 例如对于依赖于时间和空间的模式参数的估计, 引进了反问题中的正则化思想, 在目标泛函中增加了稳定泛函, 其目的在于克服不适定和计算不稳定. 数值试验结果表明, 与采用通常的变分同化技术相比, 引进正则化思想以后的变分同化技术, 无论目标泛函的下降速度、迭代收敛速度, 还是解的精度都有较明显的改进.     

用实测风场资料提取基本气流

该文从f平面线性无粘的二维Boussinesq方程组出发, 通过求取函数的极小值, 提出了从实测风场资料中提取基本气流的方案。用该方案提取的基本气流既满足控制方程, 同时又与实测风场之差其模的平方在垂直方向取平均后达到最小; 将实测风场与该基本气流相减, 可提取出扰动风场, 从而能研究基流的失稳问题和扰动场随时间的演变。该文还给出了该方案实际操作的数值计算方法, 并对实际个例进行了计算和分析, 实践表明用该方案提取基本气流是切实可行的。     

半地转模式中非线性慢行波解的研究

本文讨论了在半地转近似下带有Rayleigh摩擦并以静止流体为背景的非线性Rossby行波解的存在性。研究表明:当μ=0时存在孤波解和周期解；当０＜μ＜μ0时存在振荡型行波解；当μ≥μ0时存在单调行波解，特别在一组特定参数下，导出了单调行波解的解析表达式。最后指出:对于中纬地区，且ｃx（波速）远大于ｃ*x（临界波速）时，系统易产生振荡型行波解；对于高、低纬地区，且ｃx接近ｃ*x时，系统易产生单调行波解。     

几个典型台风路径的同化试验

从上海台风所的台风路径统计动力预报模型SD-90出发,利用变分同化方法结合反问题正则化思想和最优控制技巧(而非统计方法),反演出台风所受到的除科氏力以外所有力的合力及台风的初始速度,用实际台风定位资料分析不同的正则化参数及最优控制参数的组合对同化结果的影响,分析不同路径特征台风路径的拟合效果。该方法具有模式简单、应用资料少、拟合精度高等优点,为台风路径的预报提供了新的思路。     

几个典型台风路径的同化试验

本文从上海台风所的台风路径统计动力预报模型SD-90出发,利用变分同化方法结合反问题正则化思想和最优控制技巧(而非统计方法),反演出台风所受到的除科氏力以外所有力的合力及台风的初始速度,用实际台风定位资料分析不同的正则化参数及最优控制参数的组合对同化结果的影响,分析不同台风路径特征的拟合效果。该方法具有模式简单、应用资料少、拟合精度高等优点,为台风路径的预报提供了新的思路。     

基于COSMIC资料的边界层高度时空特征分析

利用2007-2012年的COSMIC掩星折射率资料,结合改进的折射率断点法,分析了全球海上边界层高度的季节、日变化特征,并引入尖锐系数对结果进行了评估。边界层高度大值区水平分布呈纬向不对称,中低纬度地区的几个区域边界层最高,由赤道向南北两极递减。在副热带高压控制的部分地区,边界层高度季节变化不明显,而在大陆西海岸的盛行层状云地区,表现出一定的季节变化特征。边界层高度的日变化相对较弱,并且在不同地区略有差异。尖锐系数的评估结果表明:尖锐系数在亚热带最大,折射率断点法能获取准确的边界层高度,而在赤道辐合带和南太平洋辐合带最小,边界层高度定义相对模糊。     

星载雷达高度计反演海面风速进展

因为星载雷达高度计风速资料有沿轨分辨率高、精度高的特点,对其进行深入研究有重要意义.在中国海洋二号动力环境卫星刚刚升空之际,对星载雷达高度计反演海面风速围内外研究进展作一个综述.首先介绍星载雷达高度计风速反演的理论依据及存在困难;然后以风速反演进展历程为主线,分别针对后向散射系数、波浪状态、降雨、白沫等物理量引入地球物...     

变分同化方法反演海气耦合模型参数的研究

采用变分资料同化技术，结合最优控制思想，对一个海气耦合模型的模式参数和强迫项进行了反演，结果表明，采用该方法对模式进行优化，既可以补偿模式参数不准确性给预报带来的误差，又可以对模式参数本身进行修正和估计，为将来在实际应用中改善更复杂的预报模式、提高预报准确率提供了一个可借鉴的思路。     

区域三维变分同化中背景误差协方差的模拟

背景误差协方差(B)是变分同化中的一个重要部分,极大地影响同化系统输出的分析场.由于计算和指定B中有关统计量需要巨大的资料存储量和计算量,因此进行相关的研究较为困难.本文首先论述了B在变分同化中的重要性以及进行模拟的必要性;接着介绍了美国NMC方法的原理,并研究将其应用到区域三维变分同化中的方法;然后利用WRF模式生成的预报场差值集合对有关统计量进行了估计.揭示了以下结论:通过使用平衡变换和回归系数,控制变量被限制在较小范围内,保证了分析场的质量;流函数第一全局特征向量在200 hPa附近的最大分量,表示了急流层中强西风误差;流函数前五个全局特征向量在低层与中高层之间是负相关的;非平衡温度和相对湿度的特征长度尺度比流函数和非平衡速度势的值要小,说明它们是局地性较强的量.流函数和非平衡速度势的特征长度尺度随垂直模态数的增大快速减小,而相对湿度和非平衡温度的特征长度尺度随垂直模态数的变化较为平缓.     

变分伴随方法应用于大气化学初值和参数反演研究

将结合正则化思想的变分伴随方法应用于大气平流层中臭氧破坏催化反应过程的浓度初始值和反应速率参数的反演问题,推导了在整体资料和末端时刻局部资料反演的伴随模式和泛函梯度,并进行了一组理想数值试验.试验结果表明了变分伴随方法运用于大气化学过程的反演研究的有效性,特别是局部资料联合反演中可以运用正则化思想克服反演的不适定性.