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1.
利用1998年7月6日至8月9日青藏高原GAME-Tibet试验区MS3608站点的4cm、20cm和100cm的土壤水分观测数据同化SiB2模型输出的表层、根区和深层土壤水分,探讨了一个基于集合卡尔曼滤波和简单生物圈模型的单点土壤水分同化方案。分析和评价了集合大小、同化周期、模型误差、背景场误差以及观测误差对同化系统性能的影响。结果表明:①增加集合数目可以减小土壤水分同化系统的误差,但同时又降低了运行效率;②对于集合卡尔曼滤波,初始场的估计是否准确对同化系统性能影响不大;③模型误差和观测误差的准确估计可以提高土壤水分的估计精度;④利用数据同化的方法对土壤水分的估计有显著提高。 相似文献
2.
顺序数据同化的Bayes滤波框架 总被引：6，自引：2，他引：4
数据同化是在动力学模型的运行过程中不断融合新的观测信息的方法论,Bayes理论是数据同化的基石.从原理、方法和符号系统为Bayes滤波在数据同化中的应用勾勒一个统一的框架.首先对连续数据同化和顺序数据同化的各种方法做了分类,然后给出了非线性系统顺序数据同化的Bayes递推滤波形式,并在此基础上介绍了典型的顺序数据同化方法--粒子滤波和集合Kalman滤波.粒子滤波实质上是一种基于递推Bayes估计和Monte Carlo模拟的滤波方法,而集合Kalman滤波相当于一种权值相等的粒子滤波.Bayes滤波理论为顺序数据同化提供了更广义的理论框架,从基础的数学理论上揭示了数据同化的基本原理. 相似文献
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在集合数据同化过程中,由于远距离的观测与同化状态之间存在着虚假相关,局地化方法受到广泛关注.此外,由于集合数的限制,容易引起欠采样和协方差被低估等现象,使得滤波效果欠佳.因此,提出模糊控制算法,模糊控制算法主要用于判断观测点与状态更新点之间的距离来匹配相应的观测权重,进而调整局地化系数来更新背景误差协方差和观测误差协方差矩阵,从而得到有效的状态估计.基于背景误差协方差局地化方法和观测误差协方差局地化方法,耦合模糊控制,形成了新的算法—模糊控制的背景误差协方差局地化方法和模糊控制的观测误差协方差局地化方法.利用Lorenz-96模型,在小集合数和局地化半径下,得出模糊控制的背景误差协方差局地化方法和模糊控制的观测误差协方差局地化方法有较好的同化性能.通过分析泰勒图谱甄别出新算法与观测点具有高度的相关性以及较小的空间变异性.最后,在不同维数的模糊控制器下,新算法的有效性进一步得到验证.为今后数据同化误差处理方面提供了良好的研究平台. 相似文献
4.
EnKF同化的背景误差协方差矩阵局地化对比研究 总被引：1，自引：1，他引：0
在集合数据同化中,背景场误差的协方差估计特别重要。通常有限个成员的集合在估计背景误差协方差矩阵时会引入伪相关,从而造成协方差被低估、滤波发散。虽然协方差膨胀的经验性方法能一定程度缓解协方差被低估的问题,但不能消除协方差的伪相关问题。因此,结合EnKF方案探讨2种消除伪相关的局地化方法(协方差局地化方法和局地分析方法),分析这2种局地化方法对背景误差协方差矩阵、增益矩阵、集合转换矩阵以及同化结果的影响。实验结果表明:局地化方法不仅能消除背景误差协方差矩阵的伪相关,还可以增加背景误差协方差矩阵的秩;在"弱"同化强度下,2种局地化方法的增益矩阵和集合转换矩阵相等;随着同化强度的增大,增益矩阵和集合转换矩阵的差异会变大;在不同的同化强度下,2种局地化方法各具特色,相对而言,协方差局地化方法在更新集合均值和集合扰动上具有较强的鲁棒性。研究结论有助于背景场误差协方差的精细分析和估计。 相似文献
5.
本文主要介绍了GIS数据的误差类型、传播过程、产生的原因、误差控制以及误差校正的方法,并简要阐述了MAPGIS中的误差校正问题。 相似文献
6.
胡正德 《前寒武纪研究进展》1999,22(3):60-65
本文主要介绍了ＧＩＳ数据的误差类型,传播过程,产生的原因,误差控制以及误差校正的方法,并简要阐述了ＭＡＰＧＩＳ中的误差校正问题。 相似文献
7.
为解决河网水情动态系统的数据同化问题,将水情量测数据作为内边界条件,建立了一个基于误差最小二乘原理的河网水情数据同化耦合模型.同时,为了有效控制水情状态变量的校正程度,避免因校正过度而破坏河网系统的水量平衡关系,构建了一个能有效控制及平衡各量测变量校正程度的权重矩阵.通过模拟算例和实例应用,系统检验了模型在河网水情仿真与预报中的实时校正能力,并得到了理想的结果.结果表明:模型理论完备、构建简便、数据同化可控性好,能够有效地进行河网水情动态系统的数据同化,提高河网水情仿真与预报的精度. 相似文献
8.
非线性滤波方法与陆面数据同化 总被引：8，自引：4，他引：4
陆面数据同化研究近几年成为地球科学研究的新兴领域,其中以非线性滤波为代表的数据同化方法发展迅速并得到了广泛应用。在贝叶斯理论框架内,从递推贝叶斯估计理论的角度系统地分析了扩展卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波、集合卡尔曼滤波、SIR粒子滤波等非线性滤波方法的异同;针对应用比较广泛的集合卡尔曼滤波和SIR粒子滤波应用中存在的问题,论述了几种提高滤波性能的实用方法,如协方差矩阵的Localization方法、协方差矩阵的Inflation方法、双集合卡尔曼滤波方法、扰动集合、扰动大气驱动和模型参数、平方根集合卡尔曼滤波以及粒子滤波算法的改进等。最后总结讨论了各种非线性滤波方法应用中的特点、难点以及各种算法在陆面数据同化中的应用前景和发展方向。 相似文献
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土壤湿度遥感估算同化研究综述 总被引：5，自引：0，他引：5
土壤湿度是影响气候的至关重要的变量之一。利用数据同化方法反演大规模高精度土壤湿度数据是目前土壤水分研究的一个重要方向。结合国内外土壤湿度遥感估算研究现状,总结了土壤水分同化算法主要应用进程,梳理了目前实现土壤水分反演且应用广泛的陆面过程模型,Noah模型、通用陆面过程模型CLM、简单生物圈模型Si B2、北方生产力模拟模型BEPS,介绍了大范围卫星土壤水分数据集,包括陆面同化系统数据集、ASCAT数据集、AMSR-E数据集及SMOS数据集,最后探讨了遥感土壤水分同化过程中存在的问题及发展方向。 相似文献
10.
区域尺度近地表气候要素驱动数据研制的研究综述 总被引：1，自引：0，他引：1
区域和流域尺度的陆面、水文和生态模拟与同化,都需要高分辨率的大气近地表层风、温、压、湿、辐射、降水等资料作为驱动。介绍了流域尺度驱动数据的重要性,对现阶段大气驱动数据的制备方法进行评论,总结了降水、辐射、气温和其他近地表要素的若干产品,探讨了北美陆面数据同化系统、全球陆面数据同化系统、欧洲陆面数据同化系统和中国西部陆面数据同化系统中大气驱动数据的研究思路和研究成果,最后提出了现阶段制备流域尺度驱动数据存在的问题,并针对中国西部复杂地形的高时空分辨率驱动数据制备提出一些看法。 相似文献
11.
数据同化算法研究现状综述 总被引：13，自引：2，他引：11
近年来,全球环境变化对人类生存影响日益突出,为了加强对陆地—大气—海洋的监测,全球对地观测系统计划(GEOSS)和全球环境与安全监测计划(GMES)等相继被提出。数据同化算法作为连接观测数据与模型模拟预测的关键桥梁也得到了迅速发展,显著标志新的数学研究成果不断被引入数据同化算法中。在国家重大科技基础设施项目"航空遥感系统——地球科学数据处理软件系统"需求背景条件下,梳理遥感数据同化算法的国内外发展现状,明确数据同化算法开发的技术主线和重点内容,稳步推进数据同化算法理论研究和软件开发。 相似文献
12.
Markus Innerebner Armin Costa Ekaterina Chuprikova Roberto Monsorno Bartolomeo Ventura 《Earth Science Informatics》2017,10(1):55-68
Scientists as well public institutions dealing with geospatial data often work with a large amount of heterogeneous data deriving from different sources. Without a well-defined, organized structure they face problems in finding and reusing existing data, and as consequence this may cause data inconsistency and storage problems. A catalog system based on the metadata of spatial data facilitates the management of large amount of data and offers service to retrieve, discover and exchange geographic data in an quick and easy fashion. Currently, most online catalogs are more focusing on the geographic data and there has been only few interests in catalogizing Earth observation data, in which in addition the acquisition information matters. This article presents an automatic metadata extraction approach that creates from different optical data deriving from various satellite missions of scientific interest (i.e. MODIS, LANDSAT, RapidEye, Suomi-NPP VIIRS, Sentinel-1A, Sentinel-2A) metadata information, based on an extended model of the standard ISO 19115. The XML schema ISO 19139-2 with the support of gridded and imagery information defined in ISO 19115-2 was examined, and based on the requirements of experts working in the research field of Earth observation the schema was extended. The XML schema ISO 19139-2 and its extension has been deployed as a new schema plugin in the spatial catalog Geonetwork Open Source in order to store all relevant metadata information about satellite data and the appropriate acquisition and processing information in an online catalog. A real-world scenario that is productively used in the EURAC research group institute for Applied Remote Sensing illustrates a workflow management for Earth observation data including data processing, metadata extraction, generation and distribution. 相似文献
13.
高原地表的感热和潜热通量在亚洲季风系统中有很重要的作用。由于高原地域辽阔，且自然环境较严酷，不利于建立完善的地面观测系统。因此，卫星遥感观测就成为测算高原整体感热和潜热通量的有效工具。地面场地的观测结果作为地表通量的真实值，对于卫星遥感测算是非常重要的。它也为构建陆面—大气模型提供了科学依据，是卫星资料的资料同化系统中的重要组成部分。
计算场地热量通量有几种不同的处理方法。最简单的方法利用有效的观测和试验的参数，可以给出稳定连续的估计。愈精确的Bowen比或者廓线的观测能给出愈精确的信息。综合了湍流测量及辐射测量、土壤热通量的观测结果的估计对陆面—大气相互作用进行了详细的描述，以适应模式的发展。从1998年开始，这些方法联合应用到青藏高原；场地通量观测方面的成果以及目前对其理解将在本文中做一概述。 相似文献
14.
水文数据建模和数据共享是流域科学研究的重点工作, 也是"数字流域"研究的基础.目前集成观测数据和环境信息的流域信息基础设施已经成为"数字地球"技术在流域科学方面的重要应用.以水文数据模型和"协同促进水文科学发展大学联盟"水文信息系统(CUAHSI-HIS)为原型, 设计一个适合于黑河流域的集流域地理数据库、 观测系统数据库和数据共享发布系统于一体的流域水文信息系统.系统实现集成各种观测数据类型、 数据来源及观测数据的流域观测数据库, 通过统一地表和地下水的通用数据模型实现流域地表水和地下水信息的一体化存储管理, 同时存储、 组织和在线共享发布流域相关的观测数据和空间数据, 为流域科学研究提供在线生态环境数据的网络服务以及相应的流域观测数据服务, 有效的推动流域科学计划的研究. 相似文献
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16.
空间对地观测与全球变化的人文因素 总被引：8，自引：6，他引：8
地球空间信息科学技术是大有作为的科技领域之一。空间遥感、地理信息系统、卫星定位及其与通信、网络技术的集成正以地球系统作为研究对象，为人们研究地球，特别是人与自然的和谐、人口资源环境的协调和社会的可持续发展提供了前所未有的手段，开拓了崭新的途径。在对国际空间遥感信息技术和空间信息的特点和发展趋势进行科学判断的基础上，分析了对地观测与人文因素的关系，提出了建立国家对地观测系统，发展空间信息技术的战略设想。 相似文献
17.
新世纪地球科学视野中的新技术和新方法(代序) 总被引：4，自引：0，他引：4
从科学发展战略的角度 ,讨论了新技术、新方法在地球科学中的应用。新世纪的地球科学在新技术、新方法的应用方面呈现出鲜明的时代特色 ,即观测范围的扩大与观测能力的增强 ,多学科观测的海量数据的积累与地球观测系统的整合 ,不断增强的挑战非线性复杂地球系统中的预测问题的能力。特别是 ,作为地球观测系统的整合的“数字地球”和作为地球过程的模拟工具的高效并行计算 ,将在地球系统科学的发展中发挥重要作用。从方法论的角度 ,文中特别指出 ,只有掌握新技术、新方法的人对新技术、新方法有正确的理解 ,并具有创新性的思维 ,新技术、新方法才能发挥其应有的效能。 相似文献
18.
The efficiency of current adjoint-based observations targeting strategies in variational data assimilation is closely determined
by the underlying assumption of a linear propagation of initial condition errors into the model forecasts. A novel targeting
strategy is proposed in the context of four-dimensional variational data assimilation (4D-Var) to account for nonlinear error
growth as the forecast lead time increases. A quadratic error growth model is shown to maintain the accuracy in tracking the
nonlinear evolution of initial condition perturbations, as compared to the first-order approximation. A second-order adjoint
model is used to provide the derivative information that is necessary in the higher-order Taylor series approximation. The
observation targeting approach relies on the dominant eigenvectors of the Hessian matrix associated with a specific forecast
error aspect as an indicator of the directions of largest quadratic error growth. A comparative qualitative analysis between
observation targeting based on first- and second-order adjoint information is presented in idealized 4D-Var experiments with
a two-dimensional global shallow-water model. The results indicate that accounting for the quadratic error growth in the targeting
strategy is of particular benefit as the forecast lead time increases. 相似文献
19.
B. L. N. Kennett 《Journal of Earth System Science》1995,104(4):539-553
In the endeavour to achieve the goal of understanding the structure of the Earth in three dimensions, the limitations of the seismological probe for Earth structure have to be recognised. In geo-seismology there are high quality observations of a wide range of information on the seismic wavefield but only at a limited number of observation points around the globe. In contrast for the Sun, the other body for which seismological techniques have been routinely applied, there is the equivalent of a very high concentration of seismometers on one-hemisphere but very limited data quality. The restriction imposed by data quality is easily recognised but the restrictions imposed by the limited sampling of the globe are more subtle and have to be borne in mind in the interpretation of any images of seismic structure. A wide range of studies has demonstrated the presence of heterogeneity in Earth-structure on a wide range of scales from planet-wide variations in the degree 2 spherical harmonics to the intensity of variations on the micro-scale in intensely deformed rock belts. Whatever scale of structure is being examined, the potential influence of other classes of heterogeneity has to be recognised and so an effort made to minimise the transfer of information from different scales which may contaminate the picture. An important class of questions which must be faced in the development of threedimensional models is the nature of the reference model (or group of models) from which the model is to be derived, and also whether it is likely that limitations in the starting state will map into final images of structure. Further, are the various classes of data being used, compatible within the class of models which is being imposed? 相似文献
20.
When groundwater pollution occurs,to come up with an efficient remediation plan,it is particularly important to collect information of contaminant source(location and source strength)and hydraulic conductivity field of the site accurately and quickly.However,the information can not be obtained by direct observation,and can only be derived from limited measurement data.Data assimilation of observations such as head and concentration is often used to estimate parameters of contaminant source.As for hydraulic conductivity field,especially for complex non-Gaussian field,it can be directly estimated by geostatistics method based on limited hard data,while the accuracy is often not high.Better estimation of hydraulic conductivity can be achieved by solving inverse groundwater problem.Therefore,in this study,the multi-point geostatistics method Quick Sampling(QS)is proposed and introduced for the first time and combined with the iterative local updating ensemble smoother(ILUES)to develop a new data assimilation framework QS-ILUES.It helps to solve the contaminant source parameters and non-Gaussian hydraulic conductivity field simultaneously by assimilating hydraulic head and pollutant concentration data.While the pilot points are utilized to reduce the dimension of hydraulic conductivity field,the influence of pilot points’layout and the ensemble size of ILUES algorithm on the inverse simulation results are further explored. 相似文献