GPS/LEO掩星观测的变分同化技术

在简单介绍GPS/LEO掩星探测大气的发展历史和科学意义之后,详细阐述了反演的基本原理;分析了标准反演中存在的问题,并说明一维变分同化(1DVAR)在反演方法中的重要性;给出了一维变分同化中价值函数的求解,以及各种同化因子;简单介绍了对当前气象学中普遍使用的四维变分同化(4DVAR);重点讨论了各种同化方法,以及使用各种同化因子的优缺点。最后,通过CHAMP卫星的观测实例分析,验证了GPS数据在数值天气预报(NWP)中的作用,以及相对于标准反演法一维变分对气象要素的改进。     

渤、黄、东海底摩擦系数的研究

本文将伴随法用于渤、黄、东海M2分潮的数值模拟,利用Topex／Poseidon高度计资料进行同化,优化海底摩擦系数。文中对底摩擦系数取常数时进行了优化,同时还对底摩擦系数的一种新的处理方法进行了研究,即在计算海区选取一些点给定底摩擦系数,海区中任意一点的底摩擦系数由这些点的底摩擦系数线性播值得到,优化后得到空间分布的底摩擦系数。针对两种不同的线性底摩擦假设分别进行了一系列的实际实验,结果表明由空间分布的底摩擦系数得到的模拟值比底摩擦系数取常数得到的模拟值更接近观测值,能有效地提高数值模拟的精度。     

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。     

中国降水对印度洋海温3—4年周期振荡的响应

用３０年（１９６０～１９８９年）季平均印度洋海温距平资料和中国降水距平资料进行主振荡型分析和伴随相关分析，研究了印度洋海温３～４年时间尺度的主振荡型的时间演变及其对中国降水影响的循环过程，结果表明中国降水低频场的主要响应区域在华中，西南地区以及华北北部一带，它体现了印度洋地区热源异常通过大气内部动力过程激发的低频流型对中国降水年际变化的影响。     

一维扩散方程整体观测资料下的初值变分同化反演

本文考虑一维扩散方程的反问题,利用变分同化方法通过观测资料来确定方程中的未知初值,通过分析观测误差对于初值误差的影响,证明变分同化初值收敛于原问题的真实参数,并得到了参数的收敛精度。同时将得到的初值代入预报模式中,得到预报解,并分析了预报解的收敛性和预报误差。     

非恒定水流计算的最优控制问题及其变分求解

为综合利用各类可用的信息源(如水流运动规律,观测资料和统计信息),在反问题的框架下构建了非恒定水流计算的变分模型.针对模型预测的可能误差来源,给出了初始条件、边界条件、物理参数三类独立参量及综合控制问题的定义.在此基础上,阐述了变分法求解这类偏微分方程最优化控制问题的基本原理及模型求解步骤.同时,为便于应用参考,选取初始条件、边界条件和物理参数作为控制向量,以实际常用的水流运动微分方程为基础,导出了一、二维非恒定水流计算的通用伴随方程.并以珠江黄浦至大虎段二维潮流计算为例,展示了变分模型的应用.     

伴随模式同化系统在修正模式地形中的应用

任何模式都只是实际大气的一种近似模拟，存在误差。鉴于传统的四维资料伴随模式同化系统都是假设模式完全正确仅对初始场进行修正。将伴随模式同化系统应用于修正模式地形误差，通过对不同初始地形的修正试验表明，MM5伴随模式同化系统能很好地对地形误差进行修正，能够反演出与初始气象要素场分辨率相匹配、与模式更协调的地形场，为伴随模式同化系统的广泛应用提供了一种新的思路。     

变分同化方法在Lorenz系统中的简单应用研究

利用Lorenz模式作变分同化数值试验，通过对一个简单系统的讨论，介绍四维变分同化方法。对初值敏感性和观测点的个数及观测值作了对比试验，发现随着模式对初值敏感性的增加，同化效果会越来越差；观测点越少，观测值误差越大，这些都会影响同化效果，甚至导致同化失败。     

改进的切线性模式对一个边界层模式变分资料同化的改善

大气、海洋中边界层物理过程的强非线性会对切线性模式近似（尤其是当积分时间长时）有较大的影响，从而给相应的4维变分资料同化问题的求解造成困难。本构造了Mellor-Yamada湍流封闭模式（level 2.5)的一个改进的切线性模式，相比通常的切线性模式和简化的切线性模式可以提高对非线性扰动的逼近。利用这个改进的切线性模式的伴随模式分别进行了1到7天的变分资料同化试验，得到了满意的结果。而用通常的伴随模式和简化的伴随模式都无法得到令人满意的结果。     

总磷作为饮用水生物稳定性控制指标的研究

根据国内提出的控制饮用水生物稳定性的可同化有机碳(AOC)标准,通过配制水样研究了AOC及细菌再生长潜力(BRP)同水中磷含量的关系;同时针对净水工艺试验出水水样,考察了水中的磷同其生物稳定性的关系。结果表明,对于配水水样,在一定的磷浓度范围内,磷是水中细菌生长的限制因子;在净水试验工艺出水水样中添加50μg/L的PO₄3--P后,AOC增加了55%,BRP增加了123%,表明水中磷是其生物稳定性的限制因子。由于常规的净水工艺对水中的磷可以有效去除,把水中总磷(TP)控制在5μg/L内来提高饮用水生物稳定性具有一定的可能性和现实性。