POD/NLS-4DVar的改進(jìn)及在陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2021-02-10 17:48
數(shù)據(jù)同化算法是將模式模擬和觀測(cè)數(shù)據(jù)相融合的方法論,POD/NLS-4DVar算法是一種先進(jìn)的數(shù)據(jù)同化算法,該算法融合了當(dāng)前主流的兩大同化算法（集合卡爾曼濾波EnKF和四維變分同化算法4DVar）的優(yōu)勢(shì),但依然存在發(fā)展的空間,本論文旨在針對(duì)該算法待發(fā)展之處,提出解決策略、進(jìn)一步完善POD/NLS-4DVar算法。POD/NLS-4DVar作為一種混合數(shù)據(jù)同化算法（4DEnVar）,采用基于集合的同化算法估算背景誤差協(xié)方差B的策略,即用有限集合樣本估算B,這種策略會(huì)因取樣不足導(dǎo)致虛假相關(guān),基于集合的同化算法一般通過(guò)局地化過(guò)程消除樣本不足造成的虛假相關(guān),而局地化方案的不同選擇也必然會(huì)影響到其最終的同化效果。本論文分別提出了兩種局地化策略,即自適應(yīng)局地化方案和集合擴(kuò)展局地化方案,將其應(yīng)用到POD/NLS-4DVar算法,并通過(guò)Lorenz-96為預(yù)報(bào)模式的同化系統(tǒng)進(jìn)行算法驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果如下:將自適應(yīng)局地化方案引入到POD/NLS-4DVar算法,由于采用了稀疏技術(shù)和EOF分解技術(shù),構(gòu)造的稀疏流自適應(yīng)修訂（Sparse Flow-Adaptive Moderation,SFAM）局地化框架的計(jì)算...
【文章來(lái)源】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)山東省
【文章頁(yè)數(shù)】：70 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
SFAM方案的不同參數(shù)（ds,m,q,r）的均方根誤差Fig.5Timestepsofrootmeansquare(RMS)errorsfordifferentparameters(ds,m,q,r)ofSFAM
中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)（LDAS-IAP/CAS-1.0）是由田向人（2010）發(fā)展的，該系統(tǒng)將 POD-4DVar 同化方法、參數(shù)率定方法 EnPOD_P、傳輸模型 CMEM 耦合到通用陸面模式 NCAR/CLM 中，是一種全新的陸面數(shù)據(jù)同統(tǒng)（賈炳浩，2011）。Tian et al.（2008，2009）采用 POD-4DVar 同化算法，利用亮溫?cái)?shù)據(jù)作為觀測(cè)，以通用陸面模式 NCAR/CLM3.0 為模式平臺(tái)，同化土壤濕度，建立陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)。該陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)基于一個(gè)雙通優(yōu)化框架，同化過(guò)含兩個(gè)通道：采用 POD-4DVar 同化方法同化微波亮溫資料得到土壤濕度的分析值用一種新的參數(shù)率定方法 SCE-UA 對(duì)觀測(cè)算子（輻射傳輸模型）的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)率定（Tian et al., 2009）。本論文使用的陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng) LDAS-IAP/CAS 在 Tt al.（2009）的基礎(chǔ)上更換了參數(shù)率定方法，現(xiàn)用方案為 EnPOD_P 參數(shù)率定方法DAS-IAP/CAS 系統(tǒng)的主要構(gòu)成有預(yù)報(bào)模式（預(yù)報(bào)算子）、觀測(cè)數(shù)據(jù)、同化算法、算子、強(qiáng)迫數(shù)據(jù)（驅(qū)動(dòng)模式），下面對(duì)組成要素分別進(jìn)行介紹，系統(tǒng)框架見(jiàn)圖 8。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]An Economical Approach to Flow-Adaptive Moderation of Spurious Ensemble Correlations and Its Application in the Proper Orthogonal Decomposition-Based Ensemble Four Dimensional Variational Assimilation Method[J]. ZHANG Hong-Qin,TIAN Xiang-Jun,ZHANG Cheng-Ming. Atmospheric and Oceanic Science Letters. 2015(05)
[2]GRACE terrestrial water storage data assimilation based on the ensemble four-dimensional variational method PODEn4DVar:Method and validation[J]. SUN Qin,XIE ZhengHui,TIAN XiangJun. Science China Earth Sciences. 2015(03)
[3]An Economical Approach to Four-dimensional Variational Data Assimilation[J]. 王斌,劉娟娟,王曙東,成巍,劉娟,劉成思,Ying-Hwa KUO. Advances in Atmospheric Sciences. 2010(04)
[4]Effects of sample density on the assimilation performance of an explicit four-dimensional variational data assimilation method[J]. TIAN XiangJun & XIE ZhengHui ICCES/LASE, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China. Science in China（Series D:Earth Sciences）. 2009(11)
[5]An explicit four-dimensional variational data assimilation method[J]. QIU ChongJian, ZHANG Lei & SHAO AiMei Key Laboratory of Arid Climatic Changing and Reducing Disaster of Gansu Province, College of Atmospheric Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China. Science in China（Series D:Earth Sciences）. 2007(08)
[6]Development of a Chinese land data assimilation system:its progress and prospects[J]. Li Xin~(1**) Huang Chunlin~1 Che Tao~1 Jin Rui~1 Wang Shugong~l Wang Jiemin~1 Gao Feng~1 Zhang Shuwen~2 Qiu Chongjian~2 Wang Chenghai~2 (1.Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou 730000,China;2.College of Atmospheric Sciences,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China). Progress in Natural Science. 2007(08)
[7]中國(guó)陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)研究的進(jìn)展與前瞻[J]. 李新,黃春林,車濤,晉銳,王書功,王介民,高峰,張述文,邱崇踐,王澄海. 自然科學(xué)進(jìn)展. 2007(02)
[8]關(guān)于集合Kalman濾波的理論和方法的發(fā)展[J]. 劉成思,薛紀(jì)善. 熱帶氣象學(xué)報(bào). 2005(06)
[9]Estimating the Soil Moisture Profile by Assimilating Near-Surface Observations with the Ensemble Kalman Filter （EnKF）[J]. 張述文,李吳睿,張衛(wèi)東,邱崇踐,李新. Advances in Atmospheric Sciences. 2005(06)
[10]數(shù)據(jù)同化——一種集成多源地理空間數(shù)據(jù)的新思路[J]. 李新,黃春林. 科技導(dǎo)報(bào). 2004(12)
博士論文
[1]區(qū)域冬小麥估產(chǎn)的遙感數(shù)據(jù)同化技術(shù)研究[D]. 姜志偉.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 2012
本文編號(hào)：3027750
【文章來(lái)源】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)山東省
【文章頁(yè)數(shù)】：70 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
SFAM方案的不同參數(shù)（ds,m,q,r）的均方根誤差Fig.5Timestepsofrootmeansquare(RMS)errorsfordifferentparameters(ds,m,q,r)ofSFAM
中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)（LDAS-IAP/CAS-1.0）是由田向人（2010）發(fā)展的，該系統(tǒng)將 POD-4DVar 同化方法、參數(shù)率定方法 EnPOD_P、傳輸模型 CMEM 耦合到通用陸面模式 NCAR/CLM 中，是一種全新的陸面數(shù)據(jù)同統(tǒng)（賈炳浩，2011）。Tian et al.（2008，2009）采用 POD-4DVar 同化算法，利用亮溫?cái)?shù)據(jù)作為觀測(cè)，以通用陸面模式 NCAR/CLM3.0 為模式平臺(tái)，同化土壤濕度，建立陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)。該陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)基于一個(gè)雙通優(yōu)化框架，同化過(guò)含兩個(gè)通道：采用 POD-4DVar 同化方法同化微波亮溫資料得到土壤濕度的分析值用一種新的參數(shù)率定方法 SCE-UA 對(duì)觀測(cè)算子（輻射傳輸模型）的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)率定（Tian et al., 2009）。本論文使用的陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng) LDAS-IAP/CAS 在 Tt al.（2009）的基礎(chǔ)上更換了參數(shù)率定方法，現(xiàn)用方案為 EnPOD_P 參數(shù)率定方法DAS-IAP/CAS 系統(tǒng)的主要構(gòu)成有預(yù)報(bào)模式（預(yù)報(bào)算子）、觀測(cè)數(shù)據(jù)、同化算法、算子、強(qiáng)迫數(shù)據(jù)（驅(qū)動(dòng)模式），下面對(duì)組成要素分別進(jìn)行介紹，系統(tǒng)框架見(jiàn)圖 8。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]An Economical Approach to Flow-Adaptive Moderation of Spurious Ensemble Correlations and Its Application in the Proper Orthogonal Decomposition-Based Ensemble Four Dimensional Variational Assimilation Method[J]. ZHANG Hong-Qin,TIAN Xiang-Jun,ZHANG Cheng-Ming. Atmospheric and Oceanic Science Letters. 2015(05)
[2]GRACE terrestrial water storage data assimilation based on the ensemble four-dimensional variational method PODEn4DVar:Method and validation[J]. SUN Qin,XIE ZhengHui,TIAN XiangJun. Science China Earth Sciences. 2015(03)
[3]An Economical Approach to Four-dimensional Variational Data Assimilation[J]. 王斌,劉娟娟,王曙東,成巍,劉娟,劉成思,Ying-Hwa KUO. Advances in Atmospheric Sciences. 2010(04)
[4]Effects of sample density on the assimilation performance of an explicit four-dimensional variational data assimilation method[J]. TIAN XiangJun & XIE ZhengHui ICCES/LASE, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China. Science in China（Series D:Earth Sciences）. 2009(11)
[5]An explicit four-dimensional variational data assimilation method[J]. QIU ChongJian, ZHANG Lei & SHAO AiMei Key Laboratory of Arid Climatic Changing and Reducing Disaster of Gansu Province, College of Atmospheric Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China. Science in China（Series D:Earth Sciences）. 2007(08)
[6]Development of a Chinese land data assimilation system:its progress and prospects[J]. Li Xin~(1**) Huang Chunlin~1 Che Tao~1 Jin Rui~1 Wang Shugong~l Wang Jiemin~1 Gao Feng~1 Zhang Shuwen~2 Qiu Chongjian~2 Wang Chenghai~2 (1.Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou 730000,China;2.College of Atmospheric Sciences,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China). Progress in Natural Science. 2007(08)
[7]中國(guó)陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)研究的進(jìn)展與前瞻[J]. 李新,黃春林,車濤,晉銳,王書功,王介民,高峰,張述文,邱崇踐,王澄海. 自然科學(xué)進(jìn)展. 2007(02)
[8]關(guān)于集合Kalman濾波的理論和方法的發(fā)展[J]. 劉成思,薛紀(jì)善. 熱帶氣象學(xué)報(bào). 2005(06)
[9]Estimating the Soil Moisture Profile by Assimilating Near-Surface Observations with the Ensemble Kalman Filter （EnKF）[J]. 張述文,李吳睿,張衛(wèi)東,邱崇踐,李新. Advances in Atmospheric Sciences. 2005(06)
[10]數(shù)據(jù)同化——一種集成多源地理空間數(shù)據(jù)的新思路[J]. 李新,黃春林. 科技導(dǎo)報(bào). 2004(12)
博士論文
[1]區(qū)域冬小麥估產(chǎn)的遙感數(shù)據(jù)同化技術(shù)研究[D]. 姜志偉.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 2012
本文編號(hào)：3027750
本文鏈接：http://sikaile.net/nykjlw/nyxlw/3027750.html
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