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斜压罗斯贝变形半径优化的误差相关尺度及其对最优插值效果的改进 总被引：2，自引：0，他引：2
利用最优插值方法进行三维温盐场重构时,如何正确估算背景场误差协方差至关重要。针对背景场误差协方差主要取决于误差相关尺度的问题,本文提出了用中国东部海域及其附近海域的最新的高分辨率气候态数据进行斜压罗斯贝变形半径优化其误差相关尺度计算的研究方案和技术途径;对比分析了均一化相关尺度方案和法国ISAS系统尺度方案,讨论了变形半径对最优插值的影响。结果表明:均一化相关尺度方案的均方根误差小于ISAS方案,但温度场过于平滑,难以刻画一些重要的物理现象;相比而言,本文提出的基于变形半径的相关尺度方案在取2倍变形半径时,不仅均方根误差在各水平层较小,且温度场能够更好地刻画四国海盆海域涡旋及黑潮影响的温度场三维结构。由于实际海洋中各层物理过程的尺度存在差异,实际应用时各层的最优尺度设置也应有所不同。 相似文献
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基于背景误差分析中的观测法,利用Jason-1卫星高度计沿轨有效波高数据并结合Wave Watch Ⅲ海浪模式预报结果,进行北印度洋海域海浪背景误差分析,得到海浪场背景误差方差和各向同性假设下背景误差相关长度的时空分布特征。按经验函数拟合该海域有效波高背景误差协方差时总残差平方和最小的原则给出了更为适用于该海域的描述公式。在上述工作基础上,采用最优插值同化方法将Jason-1和Jason-2卫星高度计有效波高数据连续同化到海浪模式Wave Watch Ⅲ,按业务化标准对2013年1月北印度洋海域的海浪场进行了同化预报试验,经浮标数据检验发现同化可使海浪24 h预报得到明显改进。 相似文献
3.
利用相临过去时段预报结果中同一时刻不同时效的模式预报场差异,计算预报误差协方差,并基于集合-变分混合同化系统将其与静态背景场误差协方差结合,从而在同化系统中构建了具有各向异性和一定流依赖特征的背景场误差协方差。单点观测理想试验显示本方案改善了静态模型化背景场误差协方差的各向同性和流依赖性问题。“凡亚比”台风的一系列同化及模拟试验表明,从台风路径、强度等方面本文方案的效果都要优于三维变分法。本文方案在不需要集合预报,计算量与三维变分法相当的情况下,给同化系统引入了各向异性、一定流依赖特征的背景误差协方差,因此本方案适于在计算资源较为紧缺情况下,对时效要求较高的预报业务中应用。 相似文献
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北极海域海面风场和海浪遥感观测能力分析 总被引：1，自引：1，他引：0
卫星遥感是开展北极海域海面风场和海浪分布特征与变化规律研究的重要手段。本文基于在轨多源卫星遥感数据，从遥感观测空间覆盖、时间覆盖和多源卫星遥感数据融合等方面开展北极海域海面风场与海浪遥感观测能力分析，研究主要结果为:基于ASCAT和HY-2A散射计可实现北极海域海面风场遥感观测，通过多星联合观测可获取北极海域时空分辨率优于12 h和0.1°的海面风场遥感融合数据；基于HY-2A、CryoSat-2、SARAL和Sentinel-3高度计可实现北极海域海浪遥感观测，同样通过多星联合观测可获取北极海域时空分辨率优于1 d和0.25°的海浪有效波高遥感融合数据；基于2016年北极海面风场和海浪遥感融合数据，分析得出北极海域海面风场和海浪在2月处于极大值，然后逐渐减小，7月最小，随后开始逐渐增大。本研究表明，基于多源散射计和高度计遥感观测可实现北极海域海面风场和海浪的高时空分辨率遥感业务化监测。 相似文献
5.
《海洋技术学报》2023,(3)
海水表面温度是研究气候变化的重要参数，具有重要研究意义。为了选出适用于近海海域的最优温度反演算法，本文基于Landsat8卫星遥感数据，以北部湾海域为研究区，对比分析了包括辐射方程传输法（RTM）、单窗算法（MW）、单通道算法（SC）、线性劈窗算法（SW1）和非线性劈窗算法（SW2）在内的海表温度反演算法的反演精度并进行了敏感性分析。同时本文利用劈窗协方差−方差比值法（SWCVR）来反演大气水汽含量数据，减少了温度反演过程中对外部数据的依赖，研究结果表明：（1）基于Landsat8 TIRS数据的SWCVR法进行大气水汽含量反演的效果较好，误差约在0.5 g/cm2；（2）与实测海温数据相比SW2与SC算法精度较高，误差约为0.6 K；RTM与SW1算法次之，误差约为1.6 K与1.9 K；MW算法精度较低，误差约为2.5 K；（3）与AVHRR SST产品进行相比两种劈窗算法的精度较高，误差约为1 K和1.3 K，SC算法精度较劈窗算法略低，误差约为1.4 K左右，RTM与MW算法精度较低，误差约为2 K与3 K；（4）SW2算法对参数的敏感性最低，其次是SC算法、SW1算法与MW算法，RTM算法的敏感性最高。 相似文献
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基于南海1998年夏季调查航次诊断计算的流函数场,选取越南以东偶极子发生海域,进行不同的声层析观测站位设置实验。模拟计算声线传播时间信息,然后应用基函数重建方法进行了流函数场的模拟反演研究,讨论了不同随机观测误差对反演结果的影响。研究结果表明该方法是可行的,在所选取的约833 km×833 km海域内,在观测海域外围配置19个声层析观测站位就能够很好地重构原流函数场,空间分辨率约为63.7 km,可以分辨模拟海域中尺度涡场结构,这是传统的基于海流计(CM)或声学多普勒剖面仪(ADCP)等观测方法所不能企及的。该观测技术和方法可以实际应用于近海大范围流场结构的遥感实时监测,为近海污染物等的扩散研究,海洋环境变化等提供实时观测流场资料。 相似文献
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海洋声场环境是决定海军作战行动成败的重要组成要素之一,海洋的垂直温度结构作为影响声速场的最重要因素,为了更精确更为实际的反映其分布特点,对其各种数据进行同化研究是十分必要的。文中针对海温数据来源的特点,提出了一种海温数据同化的最优插值方法,较好地完成了各种观测数据与背景数据的同化,并用各种数据进行了检验,其结果表明,利用最优插值法对海温数据进行同化处理是可行的,且同化效果比较理想。 相似文献
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基于常规三维变分同化（3DVAR）思想和反问题中的正则化技术,提出了适用于风场融合的带正则化约束项的3DVAR方法,在南海海域开展数据融合试验,同时采用模型函数方法确定合理的正则化参数,针对一次台风个例进行了QuikSCAT散射计海面风场数据和华南中尺度模式海面风场数据的融合试验,结果表明采用带正则化约束的3DVAR融合方法,明显消除了常规3DVAR方法融合风场时带来的虚假信息,融合后分析风场以及涡度场和散度场分布均匀,结构清晰,气旋中心显著,且分析场中观测起主导作用;采用信号自由度（DFS）方法对融合方法进行定量评估,发现相对常规3DVAR方法,带正则化约束的3DVAR融合系统中观测数据提供的DFS较多,同时提高了观测场对分析场的影响;基于独立观测资料对融合结果进行检验发现相对华南中尺度模式和常规3DVAR方法的统计结果,带正则化约束的3DVAR方法得到的风场具有最小的均方根误差和最大的相关系数。 相似文献
9.
将最优插值法与赤潮数值模型相结合,针对时空分辨率不统一的卫星遥感数据及海洋常规调查数据,进行了东海赤潮高发区海表温度场及海表营养盐浓度场的数据同化研究,并在此基础上进行了该海区春季赤潮过程的数值模拟研究。数据同化结果显示,最优插值数据同化方法不仅在一定程度上修正了海表温度场模拟结果的误差,尤其体现在对赤潮藻的生长影响较大的温度区段18—20℃等值线的南移,而且较为明显地优化了研究海域海表营养盐浓度场,使模拟结果更加接近观测值。对比赤潮过程数值模拟结果发现,在未加同化情况下,海区赤潮藻并未形成大规模赤潮,并且消散较快;而在加入同化后,研究海域交替出现了硅藻及甲藻的大范围赤潮,赤潮生消过程与现场调查数据分析结果较为一致。耦合了最优插值数据同化方法的赤潮数值模型,由于具有改进海洋环境背景场的优势,因此可以在赤潮预报预警工作中得到较好应用。 相似文献
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中国近海现场海洋观测系统设计评估 总被引：1，自引：0，他引：1
中国科学院正在发展一个在中国近海(包括黄海、东海和南海)现场海洋观测系统。观测系统包括3个沿岸观测站点、4个近海离岸浮标和由观测船只按固定航线做的船舶观测断面。观测站点、浮标和断面的位置已经预先确定,这个计划在2008-2011实施。利用基于卡尔曼理论的样本集合方法对这样一个能够监测大尺度的季节和年季变率的观测系统设计进行了评估。根据卡尔曼滤波理论,用集合样本的方法能够给出经过同化这个观测系统位置的观测资料后能够减少多少分析误差和分析场的不确定性。用2个来自不同模式、不同分辨率的模式的结果作为集合样本来计算静态的背景误差协方差,这2套样本分别是来自分辨率是0.5°×0.5°的模式同化结果和高分辨0.125°×0.125°的模式结果。由这2个不同资料得到的结果是一致的。发现来自3个近岸和4个离岸浮标得到的观测能够有效地减少SST在渤海、黄海、东海和南海中部的分析误差。然而在越南东部和台湾东部海域,分析误差减少的百分比相对要小。最后,给出了中国近海最优的观测位置序列设计。 相似文献
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Assimilation systems absorb both satellite measurements and Argo observations. This assimilation is essential to diagnose and evaluate the contribution from each type of data to the reconstructed analysis, allowing for better configuration of assimilation parameters. To achieve this, two comparative reconstruction schemes were designed under the optimal interpolation framework. Using a static scheme, an in situ-only field of ocean temperature was derived by correcting climatology with only Argo ... 相似文献
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针对海表高度计资料的同化,考查了背景误差协方差矩阵的不同求逆方案对同化效果的影响。所使用的求逆方案包括避免求逆的经验正交函数方案(EOF/EOF_var)、递归滤波方案(RF/RF_var)以及采用初等变换法直接求逆的方案(Inv)。基于上述方案开展了热带太平洋地区2002年1-7月的TOPEX/Poseidon高度计资料同化试验,并利用SODA再分析资料和TAO观测资料评估了各方案对温度场的同化效果,主要得到如下结果:与SODA相比较,Inv方案对模式温度场改进甚微,其余四种方案在100~300 m深度之间对温度场改进较多,在其它深度范围内则改进较少;与TAO观测相比较,EOF_var、RF_var方案对模式温度场改进最多,EOF和RF方案次之,Inv方案则对温度场改进甚少。 相似文献
13.
A series of test simulations are performed to evaluate the impact of satellite-derived meteorological data on numerical typhoon track prediction. Geostationary meteorological satellite (GMS-5) and NOAA‘s TIROS operational vertical sounder (TOVS) observations are used in the experiments. A twodimensional variation assimilation scheme is developed to assimilate the satellite data directly into the Penn State-NCAR nonhydrostatic meteorological model (MM5). Three-dimensional objective analyses fields based on T213 results and routine observations are employed as the background fields of the initialization. The comparisons of the simulated typhoon tracks are also carried out, which correspond respectively to the initialization scheme with two-dimensional variation (2D- Var), three-dimensional observational nudging and direct assimilation of satellite data. It is found that, comparing with the experiments without satellite data assimilation, the first two assimilation schemes lead to significant improvements on typhoon track prediction. Track errors reduce by 18% at 12 h for 2D- Var and from about 16% at 24 h to about 35% at 48 h for observational nudging. The simulated results based on assimilating different kinds of satellite data are also compared. 相似文献
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集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman filter, EnKF)是一种国内外广泛使用的海洋资料同化方案, 用集合成员的状态集合表征模式的背景误差协方差, 结合观测误差协方差, 计算卡尔曼增益矩阵, 有效地将观测信息添加到模式初始场中。由于季节、年际预测很大程度上受到初始场的影响, 因此资料同化可以提高模式的预测性能。本文在NUIST-CFS1.0预测系统逐日SST nudging的初始化方案上, 利用EnKF在每个月末将全场(full field)海表温度(sea surface temperature, SST)、温盐廓线(in-situ temperature and salinity profiles, T-S profiles)以及卫星观测海平面高度异常(sea level anomalies, SLA)观测资料同化到模式初始场中, 对比分析了无海洋资料同化以及加入同化后初始场的区别、加入海洋资料同化后模式提前1~24个月预测性能的差异以及对于厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-southern oscillation, ENSO)预测技巧的影响。结果表明, 加入海洋资料同化能有效地改进初始场, 并且呈现随深度增加初始场改进越显著的特征。加入同化后, 对全球SST、次表层海水温度的平均预测技巧均有一定的提高, 也表现出随深度增加预测技巧改进越明显的特征。但加入海洋资料同化后, 模式对ENSO的预测技巧有所下降, 可能是由于模式误差的存在, 使得同化后的预测初始场从接近观测的状态又逐渐恢复到与模式动力相匹配的状态, 加剧了赤道太平洋冷舌偏西、中东部偏暖的气候平均态漂移。 相似文献
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同化技术在渤海溢油应急预报系统中的应用 总被引：3，自引：1，他引：2
溢油应急预报对溢油事故现场处理具有重要指导意义。国内外已开展大量溢油数值预报技术研究,但由于各类误差的引入(尤其风和流数值预报误差的引入)以及模型本身的不完善等各种原因导致溢油数值预报无法满足日益提高的溢油预报精度需求。随着现场观测技术和监测水平的提高,如何充分利用实时观测数据提高业务化溢油应急预报精度,并满足应急预报迅速快捷的要求,成为目前业务化溢油应急预报的首要问题。国家海洋环境预报中心于2008年实现了渤海溢油业务化预报系统的建立和业务化应用,本文针对当前渤海溢油业务化应急预报中存在的现实问题,利用已有渤海海上5个石油平台从2010年1月至2011年2月的风场观测数据,初步开展最优插值方法(optimal interpolation assimilation method,OI)同化技术在国家海洋环境预报中心渤海溢油应急预报系统风场订正的应用研究。本文采用交错订正方法,确定了OI同化技术中相关尺度因子的选取,从而实现在这5个观测站地理分布情况下,OI同化技术应用中参数的最优化,之后在理想实验和实际案例的应用中,该同化方法明显提高渤海溢油预报精度。本文为如何进一步利用同化方法迅速快捷地实现溢油应急预报精度的提高提供了一定研究基础。 相似文献
16.
《Ocean Modelling》1999,1(1):39-52
We describe a technique to estimate the error field in the sea surface height (SSH) anomaly field of an ocean model through the joint use of SSH anomaly fields measured from two satellites, Topex/Poseidon (T/P) and ERS-2. The joint error maps for the model, T/P and ERS-2 show distributions distinctly different from one another and globally inhomogeneous. Both sampling errors and instrument errors are represented in the mapped fields. Additionally, we compare the joint error estimation method to a technique using the model and only one satellite, and show the importance of the cross covariance between the measured SSH and the true SSH field in the estimation of the error field. Finally, we look at the distribution of the error versus the variance of the SSH at a location. This logged distribution suggests that the model errors are generally proportional to the model's variance (regression coefficient of 0.99, globally) while the satellites' errors do not exhibit this linear relationship (regression coefficients on the average of 0.60). The comparison of the two satellite distributions implies that ERS-2 has a lower sampling error than the T/P instrument except in the tropical region. 相似文献
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David F. Paskausky 《Journal of Oceanography》1978,34(5):233-236
The diffusive temperature equation is solved analytically and numerically for a simple oceanic case. Errors introduced by various numerical schemes are determined by comparison with the analytical solution. Less error is introduced by the standard differencing scheme than by the DuFort-Frankel scheme. A variable grid scheme produces the least error and the greatest savings in computer core and time. Usefulness of various numerical schemes is situation dependent. Any numerical forecasting technique using initialization data and frequent data updating will need to be verified with adequate field data before it can be considered reliable and used to predict short term (1 to 7 days) events in the ocean. 相似文献
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背景误差相关结构的确定是影响海浪同化效果的关键因素之一。集合Kalman滤波是一种较为成熟的同化方法,其可以对背景误差进行实时更新和动态估计,现已广泛应用于海洋和大气领域的研究。本文基于MASNUM-WAM海浪模式,分别采用静态样本集合Kalman滤波和EAKF方法,针对2014年全球海域开展海浪数据同化实验,同化资料为Jason-2卫星高度计数据,利用Saral卫星高度计资料对同化实验结果进行检验。结果表明,两组同化方案均有效提高了海浪模式的模拟水平,EAKF方案在风场变化较大的西风带区域表现显著优于静态样本集合Kalman滤波方案,但总体上两者相差不大。综合考虑计算成本和同化效果,静态样本集合Kalman滤波方案更适用于海浪业务化预报。 相似文献
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A series of test simulations are performed to evaluate the impact of satellite-derived meteorological data on numerical typhoon track prediction. Geostationary meteorological satellite (GMS-5) and NOAA‘ s TIROS operational vertical sounder (TOVS) observations are used in the experiments. A three-dimensional variational (3D-Var) assimilation scheme is developed to assimilate the satellite data directly into the Penn State-NCAR nonhydrostatic meteorological model (MM5). Three-dimensional objective analysis fields based on the T213 results and conventional observations are employed as the background fields of the initialization. The comparisons of the simulated typhoon tracks are carried out, which correspond respectively to assimilate different kinds of satellite data. It is found that, compared with the experiment without satellite data assimilation, the 3D-Var assimilation schemes lead to significant improvements on typhoon track prediction. Track errors reduce from approximately 25% at 24 h to approximately 30% at 48 h for 3D-Var assimilation experiments. 相似文献
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A comparison between 3DVAR and EnOI techniques for satellite altimetry data assimilation 总被引：3，自引：0，他引：3
Two conceptually different assimilation schemes, three dimensional variational (3DVAR) assimilation and Ensemble Optimum Interpolation (EnOI) are compared in the context of satellite altimetric data assimilation. Similarities and differences of the two schemes are briefly discussed and their impacts on the model simulation are investigated.With a tropical Pacific ocean model, two assimilation experiments of sea level anomaly (SLA) data from TOPEX/Poseidon are performed for 5 years from 1997 to 2001. Annual mean states of temperature and salinity fields are compared with analysis data and some independent observations. It is found that EnOI generally produces moderate improvements on both temperature and salinity fields, while changes induced by 3DVAR assimilation are strong and vary remarkably in different areas. For instance, 3DVAR tends to excessively modify the temperature field along the thermocline depth and even deteriorate the simulation, but it is more effective than EnOI below the thermocline depth. However, for the salinity field 3DVAR outperforms EnOI nearly for almost the whole layer. As the difference relative to the WOA01 analysis is compared, it is apparently reduced to below 0.3 psu in most areas in the 3DVAR experiment. On the other hand, the pattern of difference in the EnOI experiment resembles that of the simulation and the magnitude is only diminished to some extent. One advantage of EnOI is that it yields more consistent improvements even in areas where there are large model errors. It is more reliable than 3DVAR in such a sense. It is also revealed that the T–S relation plays a very important role in altimetric data assimilation. Further, the distinct performance of the two schemes can be partly accounted for by their inherent assumptions and settings. 相似文献