[發明專利]一種基于集合資料同化技術的初始擾動方法

有效

• 申請號: 201510422796.4
• 申請日: 2015-07-17
• 公開（公告）號: CN104992071B
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 閔錦忠;王世璋;王勇
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01W1/10
• 分類號: G01W1/10
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

1.一種基于集合資料同化技術的初始擾動方法，基于WRF3DVAR同化系統，其特征在于具體包括如下步驟：

1)將擾動信息構造WRF3DVAR的三個集合分量：擾動的觀測集合、來自于風暴尺度集合預報短期預報的背景條件集合以及以觀測形式被同化的全球集合預報初始條件集合，通過迭代的方法極小化代價函數來獲取統計最優的真實大氣狀態的估計值X，X的代價函數J如式(1)所示，

其中，J表示代價函數，B表示背景誤差協方差矩陣，y^O表示觀測矩陣，表示被觀測誤差協方差矩陣，表示模式對y^O的預報矩陣；

2)設定不相關的全球集合預報初始條件，則新的代價函數將表示為：

其中，X_ls表示準觀測矩陣，為X_ls的經過去相關處理的矩陣，下標i表示第i個集合成員，X_i即第i個集合成員的預報場矩陣，H是將X_i插值到格點上的線性算子矩陣，R^*為單位矩陣，R表示X_ls的擾動誤差協方差矩陣；

3)在WRF3DVAR同化系統中加入新觀測，如式(3)所示，其中J_c是新觀測的代價函數；J_c所對應的梯度▽J_c如式(4)所示：

4)從ECMWF的全球尺度集合預報中提取多個包含各個氣象要素的垂直廓線，并將所述垂直廓線按WRF3DVAR所用的prebuff格式進行輸出；

5)為每個集合成員都運行一次步驟3)中新觀測的WRF3DVAR同化系統，同化觀測集合和大尺度模式場的集合，生成進行集合預報的最終集合成員。

2.根據權利要求1所述的基于集合資料同化技術的初始擾動方法，其特征在于新觀測中包括讀寫X_ls的I/O代碼、計算代價函數的代碼以及相關功能性代碼，所述相關功能性代碼包括開關代碼、檢驗代碼以及錯誤判斷代碼。

3.根據權利要求1所述的基于集合資料同化技術的初始擾動方法，其特征在于所述步驟3)中X_ls的擾動誤差協方差矩陣R通過使用特征值分解方式實現R的逆的計算。

4.根據權利要求3所述的基于集合資料同化技術的初始擾動方法，其特征在于所述R的特征值分解如式(5)、式(6)所示，

R＝(X_lsV^TΓ^-1/2)Γ(X_lsV^TΓ^-1/2)^T (5)

R^1/2＝X_lsV^T (6)。

5.根據權利要求1所述的基于集合資料同化技術的初始擾動方法，其特征在于所述步驟1)中的擾動信息通過網上下載獲取，包括變量u、v、T、Q，其中u、v為水平風分量，T為溫度，Q為水汽混合比。

6.根據權利要求1所述的基于集合資料同化技術的初始擾動方法，其特征在于所述步驟2)中包括對X_ls做去相關處理操作，如式(7)所示，

所述按WRF3DVAR所用的prebuff格式進行輸出，通過WRF3DVAR直接按常規觀測讀入數據。