多尺度/分块变分资料同化技术及其在热带气旋初值形成中的应用

发布时间：2021-11-21 17:09

　　在资料同化中,控制观测信息传播特征的最关键因子是背景误差协方差,大气真实的背景误差协方差与天气流型密切相关,即“依流型而变”（flow--dependent）,它极大地影响着同化分析的结果。目前,三维变分资料同化中一般采用各向同性的模型化背景误差协方差,这不符合热带气旋的实际情况；四维变分资料同化的背景误差协方差只是从一个模型化的状态,在同化时间窗内隐式地发展,由于模式线性化、物理过程简化等所带来的四维变分资料同化固有缺陷,可能导致背景误差协方差不能按照真实情况合理地发展；集合卡尔曼滤波资料同化虽然利用了一个“依流型而变”的背景误差协方差来进行资料同化,但也存在集合成员代表性不够好、滤波发散等问题,特别是当热带气旋集合成员对路径预报有系统性的偏离时,背景误差协方差估计存在更加严重的问题。事实上,正是这些资料同化技术的各自弱点,在用于热带气旋初值形成中均存在不足,严重影响了热带气旋分析和预报能力的提升。所以,非常有必要地针对热带气旋资料同化的技术需求,建立能够运用依流型而变的背景误差协方差、适合热带气旋环流特征的资料同化技术,并优化背景误差协方差合理估计方案、完善观测算子设计和应用,高效... 

【文章来源】：南京信息工程大学江苏省

【文章页数】：129 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 当前资料同化的主要方法及其进展
        1.1.1 变分资料同化方法
        1.1.2 集合卡尔曼滤波资料同化方法
        1.1.3 变分-集合卡尔曼滤混合资料同化方法
    1.2 资料同化发展中的关键技术问题
        1.2.1 背景误差协方差在资料同化中的重要地位
        1.2.2 热带气旋资料同化的特殊性与技术关键
    1.3 本论文研究目的、主要内容和创新点
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 研究内容
        1.3.3 论文的创新点
第二章 观测分批变分资料同化技术
    2.1 引言
    2.2 观测分批变分资料同化的技术理论
        2.2.1 理论推导
        2.2.2 技术特点
    2.3 观测分批变分资料同化的完美模型试验
        2.3.1 Lorenz-63数值模型的设计
        2.3.2 试验方案
        2.3.3 结果分析
    2.4 本章小结
第三章 多尺度/分块变分资料同化技术
    3.1 引言
    3.2 观测分批变分资料同化的多尺度/分块应用技术
        3.2.1 背景误差协方差的估计
        3.2.2 观测信息传播矩阵的修订与变化
        3.2.3 多尺度/分块变分资料同化的技术方案
    3.3 多尺度/分块变分资料同化技术的数值试验(Ⅰ)
        3.3.1 试验方案
        3.3.2 结果分析
    3.4 多尺度/分块变分资料同化技术的数值试验(Ⅱ)
        3.4.1 试验方案
        3.4.2 结果分析
    3.5 本章小结
第四章 热带气旋资料同化中背景误差协方差估计
    4.1 引言
    4.2 热带气旋环流的背景误差协方差估计技术
        4.2.1 热带气旋背景误差协方差的估计方案
        4.2.2 人造热带气旋的构造方案
        4.2.3 热带气旋背景误差协方差计算中的动力平衡约束
    4.3 热带气旋环流的背景误差协方差估计技术的试验
        4.3.1 试验个例
        4.3.2 试验方案
        4.3.3 结果分析
    4.4 本章小结
第五章 热带气旋资料同化技术的应用试验
    5.1 引言
    5.2 热带气旋警报信息同化
        5.2.1 试验方案
        5.2.2 结果分析
    5.3 全天候卫星辐射资料直接同化
        5.3.1 试验方案
        5.3.2 结果分析
    5.4 多源观测资料协同同化试验
        5.4.1 试验方案
        5.4.2 结果分析
    5.5 本章小结
第六章 总结与讨论
    6.1 论文的主要研究成果
    6.2 尚待进一步研究的问题
参考文献
作者简介
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Coupling Ensemble Kalman Filter with Four-dimensional Variational Data Assimilation[J]. James A. HANSEN.  Advances in Atmospheric Sciences. 2009(01)
[2]曲率修正线性平衡方程及其在变分同化风压约束中的应用[J]. 万齐林,薛纪善.  热带气象学报. 2007(05)



本文编号：3509902