强耦合资料同化背景误差协方差矩阵构造及其在年代际预测中的应用检验

批准号:
41875127
项目类别:
面上项目
资助金额:
68.0 万元
负责人:
王斌
依托单位:
学科分类:
D0511.大气数值模式发展
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
和玉君、李斐斐、史鹏飞、朱舒君
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中文摘要
无缝隙预报不仅是数值预报的前沿发展方向,也是国家防灾减灾的需求。而耦合资料同化是无缝隙预报的关键环节之一。国际国内已有的耦合同化系统主要采用弱耦合同化,极少使用跨圈层的背景误差协方差,以致单圈层的观测资料不能直接用于其他圈层的同化,这不仅导致观测资料得不到充分使用,而且产生的耦合初值在圈层间存在不协调。因此,发展强耦合同化是未来发展的必然趋势,其中跨圈层背景误差协方差矩阵的构建是关键。然而,跨圈层背景误差协方差的研究仍然存在时空分布不均匀以及由于不同圈层时空尺度差异较大导致的虚假关联等问题。因此,本项目拟以圈层界面为桥梁,研究圈层间误差的物理关联,缓减不同圈层时空尺度不一致给跨圈层背景误差协方差构建带来的困难,以此为基础,建立强耦合同化系统,并通过年代际预测试验,检验和评估跨圈层背景误差协方差对提高预测技巧的作用和贡献。项目预期为我国未来无缝隙预报系统的发展打下好的基础。
英文摘要
Seamless prediction is not only the frontier of numerical prediction, but also the need of prevention and reduction of natural disasters. Coupled data assimilation (CDA) is one of the key aspects of the seamless prediction. The available CDA systems home and abroad mainly use the weakly CDA (WCDA), rarely using cross sphere background error covariance (CSBEC). As a result, observations in a sphere cannot directly be assimilated into the variables of other spheres, leading to the insufficient use of them as well as the inconsistence of the initial conditions among / between different spheres. Therefore, developing strongly CDA (SCDA) is an inevitable trend of future development, where the construction of CSBEC is very important. However, there are still some problems in the CSBEC studies, such as the inhomogeneous spatiotemporal distributions, spurious relations between spheres due to quite different spatiotemporal scales in these spheres, and so on. For this reason, this project is going to study the physical error relations between spheres using the interfaces of these spheres as bridges, so as to alleviate the difficulty in construction of CSBEC caused by their quite different spatiotemporal scales. Then, the project will build a SCDA system, and evaluate the contribution of CSBEC to the increase of skill in decadal predictions. The project is expected to lay a good foundation for the future development of seamless forecasting system in China.
耦合资料同化是无缝隙预报的关键环节之一,但目前国际国内仍然普遍采用弱耦合同化。本项目围绕强耦合同化中存在的关键科学问题,如怎样合理构建跨越多圈层(简称“跨圈层”)背景误差协方差的问题,开展了探索性研究。通过反复的数值试验,发现圈层界面间的背景误差协方差具有至关重要的作用。因此,基于这一发现,构建了物理上合理的跨越海洋和大气(即“跨海-气”)和跨越陆面和大气(即“跨陆-气”)的背景误差协方差矩阵,并采用自主发展的四维集合变分(4DEnVar)同化方法:降维投影四维变分(DRP-4DVar)同化方法和耦合气候系统模式FGOALS-g2,以及基于新建的基于在线局地化技术的弱耦合资料同化系统,自主研发了跨海-气和跨陆-气的准强耦合资料同化系统,不仅在弱耦合资料同化的基础上进一步改进了耦合同化分析质量,而且提高了全球和典型区域(如东亚、青藏高原等)的年代际气候预测的技巧,为我国正在迅速发展的天气-气候一体化预报系统和无缝隙预报提供了耦合同化方法和思路的选择,也积累了科学和技术上经验。具体成果包括:1)通过在弱耦合同化系统的大气单圈层背景误差协方差矩阵中扩展表面气压和850hPa以下的其他大气基本变量(风、温、湿)与海洋中海表温度的误差协方差,合理构建了跨海-气背景误差协方差矩阵;2)通过在弱耦合同化系统的陆面单圈层背景误差协方差矩阵中扩展陆面基本变量与大气中表面气压的误差协方差,合理构建了跨陆-气背景误差协方差矩阵;3)基于跨海-气和跨陆-气背景误差协方差矩阵,分别建立了跨海-气和跨陆-气的准强耦合资料同化系统,并分别开展了59年和36年的准强耦合循环同化试验,以及以这些准强耦合同化分析资料为初值的批量年代际气候预测试验。结果表明,基于两类跨圈层背景误差协方差矩阵的准强耦合资料同化相比弱耦合同化不仅进一步改善了同化分析质量,而且进一步提高了全球和典型区域的年代际气候预测技巧。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
A new DRP-4DVar-based coupled data assimilation system for decadal predictions using a fast online localization technique
一种基于 DRP-4DVar 的新型耦合数据同化系统,使用快速在线定位技术进行年代际预测
DOI:10.1007/s00382-020-05190-w
发表时间:2020
期刊:CLIMATE DYNAMICS
影响因子:4.6
作者:He Yujun;Wang Bin;Huang Wenyu;Xu Shiming;Wang Yong;Liu Li;Li Lijuan;Liu Juanjuan;Yu Yongqiang;Lin Yanluan;Huang Xiaomeng;Peng Yiran
通讯作者:Peng Yiran
A DRP-4DVar-Based Coupled Data Assimilation System With a Simplified Off-Line Localization Technique for Decadal Predictions
基于 DRP-4DVar- 的耦合数据同化系统,具有简化的十年预测离线定位技术
DOI:10.1029/2019ms001768
发表时间:2020
期刊:JOURNAL OF ADVANCES IN MODELING EARTH SYSTEMS
影响因子:6.8
作者:He Yujun;Wang Bin;Liu Li;Huang Wenyu;Xu Shiming;Liu Juanjuan;Wang Yong;Li Lijuan;Huang Xiaomeng;Peng Yiran;Lin Yanluan;Yu Yongqiang
通讯作者:Yu Yongqiang
Developing a common, flexible and efficient framework for weakly coupled ensemble data assimilation based on C-Coupler2.0
基于C-Coupler2.0开发通用、灵活、高效的弱耦合集合数据同化框架
DOI:10.5194/gmd-14-2635-2021
发表时间:2021-05
期刊:Geoscientific Model Development
影响因子:5.1
作者:Sun Chao;Liu Li;Li Ruizhe;Yu Xinzhu;Yu Hao;Zhao Biao;Wang Guansuo;Liu Juanjuan;Qiao Fangli;Wang Bin
通讯作者:Wang Bin
Contributions of Weakly Coupled Data Assimilation–Based Land Initialization to Interannual Predictability of Summer Climate over Europe
基于弱耦合数据同化的土地初始化对欧洲夏季气候年际可预测性的贡献
DOI:10.1175/jcli-d-20-0506.1
发表时间:2022
期刊:Journal of Climate
影响因子:4.9
作者:Shi Pengfei;Bin Wang;Yujun He;Hui Lu;Kun Wang;Shiming Xu;Wenyu Huang;Li Liu;Juanjuan LIu;Lijuan Li;Ying Wang
通讯作者:Ying Wang
Role of Ocean Initialization in Skillful Prediction of Sahel Rainfall on the Decadal Timescale
海洋初始化在十年时间尺度萨赫勒降雨巧妙预测中的作用
DOI:10.1175/jcli-d-21-0729.1
发表时间:2022-12
期刊:Journal of Climate
影响因子:4.9
作者:Yujun He;Bin Wang;Lijuan Li;Juanjuan Liu;Yong Wang;Feifei Li
通讯作者:Feifei Li
考虑主-客体分子耦合作用的天然气水合物微观导热机理研究
- 批准号:52006118
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:24.0万元
- 批准年份:2020
- 负责人:王斌
- 依托单位:
标注受限的深度目标检测算法研究
- 批准号:--
- 项目类别:--
- 资助金额:59万元
- 批准年份:2020
- 负责人:王斌
- 依托单位:
三维模型的中轴网格计算理论、方法与应用研究
- 批准号:61772301
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:70.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:王斌
- 依托单位:
基于手性对映体指纹谱和CMB的PPCPs污染源解析
- 批准号:21577075
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:65.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:王斌
- 依托单位:
结合三维零部件检索的智能装配建模技术研究
- 批准号:61373071
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:79.0万元
- 批准年份:2013
- 负责人:王斌
- 依托单位:
基于逸度模型和物种敏感性分布的PPCPs概率生态风险评价模式研究
- 批准号:21207076
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:26.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:王斌
- 依托单位:
三维CAD零部件检索关键技术研究
- 批准号:61003096
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:20.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:王斌
- 依托单位:
国内基金
海外基金
