CESM-EnSRF同化系统性能检验及不同集合成员生成方法对同化效果的影响
发布时间：2020-08-25 07:54
【摘要】：臭氧(O3)与甲烷(CH4)皆是大气中重要的微量气体,对全球气候变化有着重要的影响。另外我国即将发射的FY3-E卫星可实现全球大气成分廓线的探测,为了支持该资料在气候模式中的应用,构建可对观测资料快速反应的同化系统是有必要的。本文结合已构建的CESM-EnSRF同化系统,对系统中的部分模块进行了调整,使其可以同时将大气红外探测器(AIRS)臭氧与甲烷观测资料同化到气候模式中,并设计了同化窗口为6h共十次的循环同化试验,对调整后的CESM-EnSRF同化系统的性能进行了系统的测试与评估。此外,由于集合同化过程中背景误差协方差的估计是利用一组集合成员来计算的,因此,CESM-EnSRF同化系统性能的优劣很大程度上取决于集合成员的优劣,因此本文针对不同集合成员生成方法在同化过程中的效果进行了研究,对比了原方法蒙特卡罗随机扰动方法与时间滞后平均方法、增长模繁殖方法及条件非线性最优扰动方法生成的集合成员在同化过程中的表现,臭氧由于其重要的气候作用,在该部分的试验中被选为目标要素。本文的主要研究结论如下:(1)调整后的CESM-EnSRF同化系统可有效利用AIRS臭氧与甲烷卫星观测资料对背景集合成员进行合理的改善,分析场较背景场更加接近于观测资料。(2)该同化系统可有效的提高CESM模式模拟臭氧及甲烷的性能,效果主要体现在平流层高度。但在平流层顶层,同化系统对模式中臭氧预报能力的提升效果有限。此外,循环同化对提高模式中平流层高度的臭氧与甲烷预报准确度最有效。(3)原同化系统中使用的蒙特卡罗随机扰动方法获得的集合成员离散程度偏大,时间滞后平均方法产生的集合成员离散程度偏小,增长模繁殖方法较蒙特卡罗随机扰动方法获得集合成员的Talagrand概率分布更合理,在此基础上,条件非线性最优扰动方法达到理想概率的程度有所提高。(4)四种方法所获集合成员在同化中皆可有效提高臭氧在模式中的预报效果,原系统中使用的蒙特卡罗随机扰动方法比时间滞后平均方法的同化改进能力更强,尤其是在平流层高度。另外,由于增长模繁殖方法在蒙特卡罗随机扰动的基础上利用模式进行了繁殖,改善了全球范围随机扰动导致的模式动力不平衡的问题,同化再预报效果较原方法更好,条件非线性最优扰动方法获得集合成员在同化改进能力上较繁殖方法有小幅度的提升。(5)随着循环同化的进行,平流层高度上四种集合成员生成方法的臭氧同化改进率皆呈现出随时间的增加而增大,而对流层高度上变化并不明显,此外,在循环同化的前期增长模繁殖方法的同化改进效果是四种方法中最优的,条件非线性最优扰动方法的优势主要体现在循环同化后期。
【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】：2018
【分类号】：X51
【图文】：
由ｌ．ＯｈＰａ至６ｘｌ0－６ｈＰａ分为２７个层次，平流层由１．２ｈＰａ至８５．７ｈＰａ分为２１个层次，对流层逡逑由１００．５ｈＰａ至９９２．６ｈＰａ分为１８个层次。逡逑由图２．２邋（１）中可看出，ＣＥＳＭ模式模拟的２００４年０８月１３日全球不同高度臭氧主要逡逑集中在平流层，其中１０ｈＰａ附近存在峰值，最高浓度高于ｌＯｐｐｍｖ，对流层臭氧浓度普遍逡逑低于Ｏ．ｌｐｐｍｖ，纬向分布上呈现出以赤道为轴的对称分布特征，且低纬度地区的臭氧浓逡逑度较高。这些分布特征与前人研究的臭氧全球不同高度的分布特征一致，说明了ＣＥＳＭ逡逑系统可对全球臭氧廓线进行有效模拟［５９］。由图（ｂ）中可发现，甲烷主要集中分布在对逡逑流层高度，最高浓度高于２ｐｐｍｖ，在近地面高度上北半球的浓度要明显高于南半球的浓逡逑度，平流层高度的甲烷浓度普遍低于１．７ｐｐｎｗ。不同高度的甲烷含量整体呈现出以赤道逡逑为界的对称分布特征，且主要分布在对流层高度，平流层甲烷浓度除赤道附近的低纬度逡逑８逡逑
方差是使用一组集合成员来进行计算，进而可对X椧婢卣蠼星蠼狻Ｕ庵址椒ㄔ诩扑阈у义下始岸圆煌Ｊ降氖视眯苑矫娼杂庞冢矗模郑幔颍⑶揖哂辛饕览敌裕郏叮保荨＞咛宓募扑懔鞒掏煎义先缤迹玻场ｅ义霞掀椒礁瞬ㄊ窃诩峡ǘ瞬ǖ幕∩喜欢怨鄄饨腥哦美吹模郏叮玻荨２诲义隙怨鄄饨腥哦梢杂行У慕饩鲇捎诩涎臼坑邢薜那榭鱿拢哦鄄馑吹亩铄义希瑰义
本文编号：2803455
【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】：2018
【分类号】：X51
【图文】：
由ｌ．ＯｈＰａ至６ｘｌ0－６ｈＰａ分为２７个层次，平流层由１．２ｈＰａ至８５．７ｈＰａ分为２１个层次，对流层逡逑由１００．５ｈＰａ至９９２．６ｈＰａ分为１８个层次。逡逑由图２．２邋（１）中可看出，ＣＥＳＭ模式模拟的２００４年０８月１３日全球不同高度臭氧主要逡逑集中在平流层，其中１０ｈＰａ附近存在峰值，最高浓度高于ｌＯｐｐｍｖ，对流层臭氧浓度普遍逡逑低于Ｏ．ｌｐｐｍｖ，纬向分布上呈现出以赤道为轴的对称分布特征，且低纬度地区的臭氧浓逡逑度较高。这些分布特征与前人研究的臭氧全球不同高度的分布特征一致，说明了ＣＥＳＭ逡逑系统可对全球臭氧廓线进行有效模拟［５９］。由图（ｂ）中可发现，甲烷主要集中分布在对逡逑流层高度，最高浓度高于２ｐｐｍｖ，在近地面高度上北半球的浓度要明显高于南半球的浓逡逑度，平流层高度的甲烷浓度普遍低于１．７ｐｐｎｗ。不同高度的甲烷含量整体呈现出以赤道逡逑为界的对称分布特征，且主要分布在对流层高度，平流层甲烷浓度除赤道附近的低纬度逡逑８逡逑
方差是使用一组集合成员来进行计算，进而可对X椧婢卣蠼星蠼狻Ｕ庵址椒ㄔ诩扑阈у义下始岸圆煌Ｊ降氖视眯苑矫娼杂庞冢矗模郑幔颍⑶揖哂辛饕览敌裕郏叮保荨＞咛宓募扑懔鞒掏煎义先缤迹玻场ｅ义霞掀椒礁瞬ㄊ窃诩峡ǘ瞬ǖ幕∩喜欢怨鄄饨腥哦美吹模郏叮玻荨２诲义隙怨鄄饨腥哦梢杂行У慕饩鲇捎诩涎臼坑邢薜那榭鱿拢哦鄄馑吹亩铄义希瑰义
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