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基于切线伴随技术计算GRAPES-Meso模式的奇异向量
  • ISSN号:1004-4965
  • 期刊名称:《热带气象学报》
  • 时间:0
  • 分类:P456.7[天文地球—大气科学及气象学]
  • 作者机构:[1]北京大学物理学院大气科学系,北京100871, [2]中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室,北京100081, [3]国家气象中心,北京100081
  • 相关基金:国家科技支撑计划(2006BAC02801;2006BAC03803);国家高技术研究发展计划(2006AA01A123)共同资助
中文摘要:

集合数值天气预报的关键问题就是如何生成有效的初始扰动。奇异向量反映了初始扰动在大气系统相空间中演变发展的最不稳定方向,基于奇异向量产生的集合样本是模拟概率密度函数的最合理方法。以非静力、半隐式半拉格朗日GRAPES-Meso中尺度数值预报模式为基础,采用Lanczos迭代算法,利用GRAPES-Meso的切线伴随模式计算GRAPES奇异向量。为了检验求得的奇异向量的正确性,提出了两种检验奇异向量正确性的方法:一是比较计算的奇异值的一致性;二是依据特征向量在矩阵变换中的方向不变性意义,验证GRAPES奇异向量空间结构的正确性。最后研究了不同的时间间隔对GRAPES奇异向量的影响,结果表明GRAPES奇异向量在36小时的最优时间间隔误差增长速度最快,这表明在非静力、半隐式半拉格朗日格点模式中利用切线伴随技术计算奇异向量是可行的。

英文摘要:

One of the most difficult problems in ensemble forecasting is how to generate effective initial perturbations. The SVs (Singular Vectors) reflect the evolution of the initial perturbations along the most unstable directions in the atmospheric phase space. Therefore, to generate the ensemble members based on the SV technology is the most reasonable approach for estimating the evolution of the atmospheric probability density function. In this paper, based on the GRAPES' non-hydrostatic, semi-implicit and semi-Lagrangian mesoscale model, the SVs with the norm of total energy are calculated with the Lanczos algorithm and the tangent and adjoint version. Two approaches are designed to verify the correctness of GRAPES SVs; one is to compare the consistence of the singular values and the other is to validate the rationality of the spatial structure of the computed SVs according to its invariability of the matrix transformation. Finally, the impact of different time intervals on the SVs has been studied, and the results show that GRAPES SVs reach the maximum growth of error in perturbations at the time interval of 36 hours. These indicate that it is feasible to generate the initial perturbations by computing SVs using the GRAPES non-hydrostatic, semi-implicit and semi-Lagrangian model and this will establish the basis for the development of a GRAPES ensemble prediction system in the future.

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期刊信息
  • 《热带气象学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:广东省气象局
  • 主办单位:广州热带海洋气象研究所
  • 主编:薛纪善
  • 地址:广州市东山区福今路6号
  • 邮编:510080
  • 邮箱:LLSH@grmc.gov.cn
  • 电话:020-39456476 39456435
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-4965
  • 国内统一刊号:ISSN:44-1326/P
  • 邮发代号:
  • 获奖情况:
  • 中国自然科学核心期刊,中国科学引文数据库源刊,美国气象学会MGA源刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国剑桥科学文摘,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:10739