【摘要】：臭氧(O3)與甲烷(CH4)皆是大氣中重要的微量氣體,對全球氣候變化有著重要的影響。另外我國即將發(fā)射的FY3-E衛(wèi)星可實現(xiàn)全球大氣成分廓線的探測,為了支持該資料在氣候模式中的應(yīng)用,構(gòu)建可對觀測資料快速反應(yīng)的同化系統(tǒng)是有必要的。本文結(jié)合已構(gòu)建的CESM-EnSRF同化系統(tǒng),對系統(tǒng)中的部分模塊進行了調(diào)整,使其可以同時將大氣紅外探測器(AIRS)臭氧與甲烷觀測資料同化到氣候模式中,并設(shè)計了同化窗口為6h共十次的循環(huán)同化試驗,對調(diào)整后的CESM-EnSRF同化系統(tǒng)的性能進行了系統(tǒng)的測試與評估。此外,由于集合同化過程中背景誤差協(xié)方差的估計是利用一組集合成員來計算的,因此,CESM-EnSRF同化系統(tǒng)性能的優(yōu)劣很大程度上取決于集合成員的優(yōu)劣,因此本文針對不同集合成員生成方法在同化過程中的效果進行了研究,對比了原方法蒙特卡羅隨機擾動方法與時間滯后平均方法、增長模繁殖方法及條件非線性最優(yōu)擾動方法生成的集合成員在同化過程中的表現(xiàn),臭氧由于其重要的氣候作用,在該部分的試驗中被選為目標(biāo)要素。本文的主要研究結(jié)論如下:(1)調(diào)整后的CESM-EnSRF同化系統(tǒng)可有效利用AIRS臭氧與甲烷衛(wèi)星觀測資料對背景集合成員進行合理的改善,分析場較背景場更加接近于觀測資料。(2)該同化系統(tǒng)可有效的提高CESM模式模擬臭氧及甲烷的性能,效果主要體現(xiàn)在平流層高度。但在平流層頂層,同化系統(tǒng)對模式中臭氧預(yù)報能力的提升效果有限。此外,循環(huán)同化對提高模式中平流層高度的臭氧與甲烷預(yù)報準(zhǔn)確度最有效。(3)原同化系統(tǒng)中使用的蒙特卡羅隨機擾動方法獲得的集合成員離散程度偏大,時間滯后平均方法產(chǎn)生的集合成員離散程度偏小,增長模繁殖方法較蒙特卡羅隨機擾動方法獲得集合成員的Talagrand概率分布更合理,在此基礎(chǔ)上,條件非線性最優(yōu)擾動方法達到理想概率的程度有所提高。(4)四種方法所獲集合成員在同化中皆可有效提高臭氧在模式中的預(yù)報效果,原系統(tǒng)中使用的蒙特卡羅隨機擾動方法比時間滯后平均方法的同化改進能力更強,尤其是在平流層高度。另外,由于增長模繁殖方法在蒙特卡羅隨機擾動的基礎(chǔ)上利用模式進行了繁殖,改善了全球范圍隨機擾動導(dǎo)致的模式動力不平衡的問題,同化再預(yù)報效果較原方法更好,條件非線性最優(yōu)擾動方法獲得集合成員在同化改進能力上較繁殖方法有小幅度的提升。(5)隨著循環(huán)同化的進行,平流層高度上四種集合成員生成方法的臭氧同化改進率皆呈現(xiàn)出隨時間的增加而增大,而對流層高度上變化并不明顯,此外,在循環(huán)同化的前期增長模繁殖方法的同化改進效果是四種方法中最優(yōu)的,條件非線性最優(yōu)擾動方法的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在循環(huán)同化后期。
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X51
【圖文】：

由ｌ．ＯｈＰａ至６ｘｌ0－６ｈＰａ分為２７個層次，平流層由１．２ｈＰａ至８５．７ｈＰａ分為２１個層次，對流層逡逑由１００．５ｈＰａ至９９２．６ｈＰａ分為１８個層次。逡逑由圖２．２邋（１）中可看出，ＣＥＳＭ模式模擬的２００４年０８月１３日全球不同高度臭氧主要逡逑集中在平流層，其中１０ｈＰａ附近存在峰值，最高濃度高于ｌＯｐｐｍｖ，對流層臭氧濃度普遍逡逑低于Ｏ．ｌｐｐｍｖ，緯向分布上呈現(xiàn)出以赤道為軸的對稱分布特征，且低緯度地區(qū)的臭氧濃逡逑度較高。這些分布特征與前人研究的臭氧全球不同高度的分布特征一致，說明了ＣＥＳＭ逡逑系統(tǒng)可對全球臭氧廓線進行有效模擬［５９］。由圖（ｂ）中可發(fā)現(xiàn)，甲烷主要集中分布在對逡逑流層高度，最高濃度高于２ｐｐｍｖ，在近地面高度上北半球的濃度要明顯高于南半球的濃逡逑度，平流層高度的甲烷濃度普遍低于１．７ｐｐｎｗ。不同高度的甲烷含量整體呈現(xiàn)出以赤道逡逑為界的對稱分布特征，且主要分布在對流層高度，平流層甲烷濃度除赤道附近的低緯度逡逑８逡逑

方差是使用一組集合成員來進行計算，進而可對X椧婢卣蠼星蠼�。这种方法栽倱溟摟辶x下始岸圓煌Ｊ降氖視瞇苑矯娼雜龐冢矗模鄭幔潁⑶揖哂辛饕覽敵裕郟叮保蕁＞嚀宓募撲懔鞒掏煎義先繽跡玻場ｅ義霞掀椒礁瞬ㄊ竊詡峽ǘ瞬ǖ幕∩喜歡怨鄄飩腥哦美吹模郟叮玻蕁２誨義隙怨鄄飩腥哦梢雜行У慕餼鲇捎詡涎臼坑邢薜那榭魷攏哦鄄饉吹畝鑠義希瑰義

本文編號：2803455