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气候数值模拟研究中初始场衰减理论的理解和应用
  • ISSN号:0577-6619
  • 期刊名称:《气象学报》
  • 时间:0
  • 分类:P435[天文地球—大气科学及气象学]
  • 作者机构:[1]中国科学院大气物理研究所,LASG,北京100029, [2]中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心(CMSR),北京100029
  • 相关基金:中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2-YW-220),国家自然科学基金(40730952),中国科学院知识创新工程领域前沿项目(IAP07119),中国气象局成都高原气象研究所科研业务专项项目(BROP200709).致谢:作者对长期从事SAMIL和ECHAM数值模式研发的团队表示感谢.
中文摘要:

根据对大气原始方程的定性理论和相空间的理论研究,初始场对数值模拟的作用会随着时间的增长而逐步衰减。文章分析初始场作用衰减理论的关键问题,通过对大气环流谱模式SAMIL和ECHAM的数值试验,在实际的计算环境中研究其初始场作用的变化情况。研究中使用到对舍入误差干扰的一种集合消减方法(REME),保证了验证试验所受舍入误差的影响小于给定的范围。结果表明有舍入误差存在的计算环境中,当初始差别较大时,其逐步衰减到一个波动值。而对于特别微小的初始场差别,其长期影响也应是衰减的,但由于计算精度有限,可能会出现增大到一个波动值的现象,这些结果与非线性误差理论所描述的误差饱和现象一致。试验得到了具体模式的衰减速率曲线,发现衰减需要的时间范围大约为40—60d。文中还利用初始场作用衰减的理论探讨了如何解释初始场集合预报(IME)能够减少模拟结果误差的现象。

英文摘要:

The complete dynamical equations of the atmospheric motion and the qualitative theory of nonlinear atmosphere with dissipation and external forcing in Hilbert space suggest that the initial condition will not affect the status of a long-time numerical simula- tion with AGCMs. In this research, we first introduce the key points for understanding the decay of initial condition effect, and then employ two atmospheric general circulation models (AGCM), SAMIL and ECHAM, to investigate the effect of initial condition on the simulation results in an actual computing environment with round off errors. The round-off error mean ensemble (REME) experiments are conducted to reduce the uncertainty caused by round-off errors. The results indicate that in the actual computing environment, a big initial condition error/spread will lead to a small fluctuating final error. But for a tiny initial condition error/spread, it will lead to the same-magnitude final fluctuating error. This is against the theoretical analysis. However, the discrepancy can be explained by the existence of the round-off errors which are not considered in the theoretical analysis. The final error balance is consistent with the error saturation property indicated by the nonlinear error growth theory. The initial error decay curves of SAMIL and ECHAM are obtained, from which we find that the initial condition error in the two AGCMs decays to the final error within about 40 - 60 days of integration. At last, we used the initial error decay theory to conclude that the initial mean ensemble (IME) is capable of reducing the error in climate simulation studies.

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期刊信息
  • 《气象学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国气象局
  • 主办单位:中国气象学会
  • 主编:丁一汇
  • 地址:北京市中关村南大街46号
  • 邮编:100081
  • 邮箱:qxxb@cms1924.org
  • 电话:010-68406942
  • 国际标准刊号:ISSN:0577-6619
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2006/P
  • 邮发代号:2-368
  • 获奖情况:
  • 第三届中国出版政府奖提名奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:21756