背景误差相关结构的统计分析与Envisat ASAR海浪谱资料同化研究

发布时间：2020-04-25 14:03

【摘要】： 海浪资料同化能够改进海浪的模拟和预报水平,影响海浪同化效果的重要因素是观测资料的选择和背景误差协方差矩阵(或背景误差相关函数矩阵)的表达。本文提出了一种新的背景误差构造方法,开展了有效波高背景误差相关结构的统计分析和参数化拟合研究;实现了Envisat ASAR海浪谱资料的最优插值同化,提出了两种各向异性的背景误差相关函数,开展了多种情形下的海浪谱同化实验并比较它们的同化效果。 首先,基于第三代海浪数值模式LAGFD-WAM,将间隔24小时的有效波高预报之差作为有效波高背景误差的近似。基于模式预报的时间序列,构造了有效波高背景误差的时间序列,进而得到有效波高的误差协方差矩阵和背景误差相关函数,统计和分析了有效波高背景误差的相关结构。结果表明,有效波高背景误差是各向异性和非均质的。提出了4种解析形式的椭圆形状各向异性背景误差相关函数,给出了椭圆三个参数的拟合结果,讨论了预报间隔对有效波高背景误差结构统计的影响。 其次,为了评估本文所用的海浪谱资料,对2003年至2008年的Envisat ASAR波模式海浪谱产品作了数据筛选和质量控制,并与太平洋海域的浮标实测资料进行了比对分析。结果表明:(1)ASAR一维频率谱的谱形测量较准,但谱值大小差异较大,频率谱的低频部分与浮标实测吻合更好;(2)ASAR有效波高比浮标实测略低,两者的均值偏差为-0.05m,均方根偏差为0.62m(3)ASAR平均周期比浮标实测偏高,两者的均值偏差为0.97秒,均方根偏差为1.42秒。 最后,开展了多种情形下的海浪同化实验。主要结论是:(1)传统的四种各向同性背景误差相关函数的同化效果相差不大,关键仍是对相关距离尺度的选取;相同相关距离尺度下的不同背景误差相关函数,可近似等效成不同相关距离尺度下的某一种背景误差相关函数。(2)存在最优的背景误差相关距离尺度,针对自回归形式的背景误差相关函数,本文结果表明相关距离尺度量级取400km至500km时同化效果最好,此时同化后的模式有效波高均方根误差比未同化时减小了26.0%。(3)各向异性背景误差相关函数的同化效果优于传统的各向同性误差相关函数;基于模式预报输出统计得到的“原始”各向异性背景误差相关函数的同化效果最好,椭圆形状各向异性的背景误差相关函数的同化效果次之,传统的各向同性背景误差相关函数的同化效果相对最差,它们使同化后的模式有效波高均方根误差比未同化时分别减小了26.4%、24.5%和23.4%。(4)同化实验表明波谱资料的最优插值同化效果优于单纯的有效波高资料最优插值。
【图文】：

图 3.1 模式计算区域和浮标点（ID 51001 至 ID 51004）地理位置3.2.1 验证指标下面的输入风场和有效波高模式预报与浮标实测数据的比较中需要用到如下指标，主要包括：均值偏差 Bias、均方根偏差 RMS、相关系数 corr 和发散率SI，它们的定义如下11Bias ( )Ni iiH ON== ∑ （3.2）211RMS ( )Ni iiH ON== ∑ （3.3）12 2[( )( )]corr( ) ( )Ni iiN Ni iH H O OH H O O= = ∑∑ ∑（3.4）

008年3月QSCAT/NCEP10m混合风场与浮标实测风场的风速、风向比较
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（海洋研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：P731.22

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本文编号：2640324