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    海氣耦合模式中的耦合資料同化和參數估計回顧

    作者:  來源:自動化學院  發布時間:2020年05月30日  點擊數:229

        5月22日,國際頂級學術期刊 Climate Dynamics (《氣候動力學》)在線發表了題為“Coupled data assimilation and parameter estimation in coupled ocean-atmosphere models: a review”(海氣耦合模式中的耦合資料同化和參數估計回顧)的綜述性文章沙巴体育中国版。該綜述由我校柔性教授自動化學院博士生導師張紹晴領銜沙巴体育中国版,包括我校自動化學院3名核心團隊成員在內的我國耦合資料同化領域諸多一流研究學者聯合發表。


    文章回顧了過去20年來海氣耦合資料同化領域的主要進展及其對天氣氣候可預報性研究的影響,總體上按耦合資料同化領域由弱耦合同化向強耦合同化的發展,用耦合模式平衡協調地融合地球系統觀測信息、從而整合地球觀測系統的過程進行論述。首先,總結了不同同化方法(逼近法、三維變分沙巴体育中国版、四維變分沙巴体育中国版、集合卡曼濾波)的應用和研發進展,重點介紹了近年來在數值模擬中集合基本同化方法優勢所產生的效果。其次,在強耦合同化的總結中,介紹Leading averaged coupled covariance、Reconditioning and localization沙巴体育中国版、Interface solver等重要的最新先鋒同化概念的同時,強調耦合資料同化必需結合海氣相互作用物理過程機制的方法論。在文章的最后部分沙巴体育中国版沙巴体育中国版,討論了隨著模式分辨率的提高、數據量的增大,超高分辨率耦合模擬中的非線性耦合同化/耦合參數估計所面臨的機遇和挑戰沙巴体育中国版,并給出了一些潛在的解決思路和研究方向。


    圖例1:a弱耦合同化和b 強耦合同化及其實現方案示意圖。弱耦合同化先用地球系統模式單一分量吸收相應分量觀測信息(紅實箭頭)然后通過耦合界面通量傳輸(白虛箭頭)沙巴体育中国版,b 除耦合界面通量傳輸機制,強耦合同化用不同模式分量之間的誤差協方差直接投影觀測信息到地球系統其它分量(紅虛箭頭)。白實箭頭標示地球系統分量相互作用過程中可能存在的時間滯后(例如海洋對大氣強迫的滯后響應)。


         圖例2:強耦合同化改善海表面溫度模擬樣例。負值為優于弱耦合同化(WCDA)沙巴体育中国版沙巴体育中国版,b為使用7日大氣Leading averaged coupled covariance的強耦合同化結果(SCDA)沙巴体育中国版。

     

    海氣耦合數據資料同化因其可以為模擬和預報預測提供更為平衡的模式初始場,能夠有效減小由觀測誤差沙巴体育中国版、計算誤差等帶來的初始模式擾動而在近年來得到極大的推崇和推廣。相關研究和應用分布面廣、技術路線復雜沙巴体育中国版、投入資源大、進展迅速沙巴体育中国版,因此通過綜述性的文章定期進行梳理和總結是非常有必要的。值得注意的是,在本綜述中列舉的百余篇領域重點研究論文中沙巴体育中国版,有近40篇為中國科學家的工作成果,這一比例在近5年的工作成果中還要更高。其中張紹晴教授作為第一作者的文章貫穿了整個海氣耦合數據資料同化研究過去15年研究的始終,在耦合同化初始擾動處理、多尺度耦合同化、多元耦合參數估計等細分領域占據了主導地位。

    張紹晴教授的科研團隊一直致力于海氣耦合資料同化/參數估計理論沙巴体育中国版、方法的研究、開發和應用沙巴体育中国版。該文章的發表是對其團隊過去15年工作的充分肯定,彰顯出該團隊在地球系統模式耦合資料同化研究領域的國際影響力,是對我國相關科學家和研究人員在海氣耦合資料同化和參數估計領域實力處于國際領軍水平的明確肯定。

    近年來,自動化學院不斷推進學科內涵式發展沙巴体育中国版,開拓建立了業務化海洋學研究方向和研究團隊,該成果發表標志著我校在該領域已形成自身研究特色和研究地位。



     



     


    責任編輯:吳琦
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