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可搜索加密机制研究与进展
  • ISSN号:1000-9825
  • 期刊名称:软件学报
  • 时间:2014
  • 页码:880-895
  • 分类:P461[天文地球—大气科学及气象学]
  • 作者机构:[1]清华大学计算机科学与技术系,北京100084, [2]清华大学地球系统科学研究中心地球系统数值模拟教育部重点实验室,北京100084, [3]中国科学院大气物理研究所大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室,北京100029
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划课题(2010CB951903);国家自然科学基金项目(61361120098;51190101)资助
  • 相关项目:中美软件合作研究项目:面向大规模地学应用的高性能I/O方法与中间件研究
中文摘要:

物理过程参数化方案的不确定性是目前气候系统模式不确定性的重要来源之一.随着模式内在复杂度攀升,模拟场景多样化,参数化方案中基于先验的和人工的物理参数选取方法已经逐步成为限制模式模拟能力的瓶颈之一.为此,本文设计并提出了初选与寻优相结合的两步法参数优化方案.初选阶段用全因子采样方法对不确定参数空间进行初始敏感性分析,估计最优解所在区域;寻优步采用单纯型下山法,基于初选阶段确定的参数组合快速寻优.将两步法应用于中国科学院大气物理研究所(英文缩写:IAP)大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(英文缩写:LASG)格点大气模式第2版:GAMIL2,选取其深对流方案和云量方案中的3个重要参数开展寻优,优化以综合减小模式降水、风场、温度、湿度、位势高度以及辐射通量的误差为目标.这些变量用GAMIL2标准版本标准化后形成单一的目标.结果显示,优化后的目标函数值比GAMIL2标准版本改进了7.5%.机理分析表明,调优后的参数优化了大气中的水汽凝结作用,进而减少模式的湿度偏差,改进云量的模拟效果;同时水汽凝结作用的变化通过大气内部动力和热力相互作用及响应影响温度、位势高度和风场的模拟.

英文摘要:

Physical parameterization is one of the most important sources of uncertainties in the current climate system models. With the increasing complexity of models and the diverse requirements for climate studies,the priori and manual model tuning method for physical parameterization has become a bottleneck to further improve the climate system model. In this study,we propose a "two-step"parameter optimization approach. In the firststep,an improved full factor sampling scheme is presented to determine the area where the optimal solutions are likely to be found. In the second step,the simplex downhill algorithm is used to perform the search with low computational costs. When applying this "two-step"method to GAMIL2,the grid-point atmospheric model of LASG( State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics),IAP( Institute of Atmospheric Physics),three important parameters from deep convection scheme and cloud fraction scheme are tuned to improve the model performance measured by a comprehensive metrics based on precipitation,wind,temperature,humidity,potential height as well as radiation flux fields. Results show that the proposed metrics is improved by 7. 5% compared with the standard GAMIL2 version using our proposed optimization method. The optimal parameters improve the condensation efficiency,leading to reducing the simulated bias of moisture and cloud fraction. Meanwhile,the adjustment of condensation further affects the simulation of temperature,geopotential height,and wind.

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期刊信息
  • 《软件学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院软件研究所 中国计算机学会
  • 主编:赵琛
  • 地址:北京8718信箱中国科学院软件研究所
  • 邮编:100190
  • 邮箱:jos@iscas.ac.cn
  • 电话:010-62562563
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-9825
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2560/TP
  • 邮发代号:82-367
  • 获奖情况:
  • 2001年入选中国期刊方阵“双百期刊”,2000年荣获中国科学院优秀科技期刊一等奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国数学评论(网络版),波兰哥白尼索引,德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,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:54609