基于集合Kalman濾波的同化策略研究.pdf

1、近年來(lái)，氣候變化對(duì)人類生存影響日益突出，為了加強(qiáng)對(duì)陸地、大氣以及海洋的監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)，全球?qū)Φ赜^測(cè)系統(tǒng)計(jì)劃(GEOSS)和全球環(huán)境與安全監(jiān)測(cè)計(jì)劃(GMES)等相繼被提出。新的數(shù)學(xué)研究成果不斷被引入數(shù)據(jù)同化算法中，標(biāo)志著作為連接觀測(cè)數(shù)據(jù)和模型模擬預(yù)測(cè)的關(guān)鍵橋梁的數(shù)據(jù)同化算法已經(jīng)得到了迅速的發(fā)展。
　　基于集合的數(shù)據(jù)同化方法近年來(lái)得到廣泛的重視和研究，已經(jīng)逐步試驗(yàn)在業(yè)務(wù)大氣數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)中來(lái)替代變分類方法。集合Kalman濾波方法高度依賴于集

2、合的大小，在集合數(shù)較小的情況下，會(huì)出現(xiàn)欠采樣、協(xié)方差低估、濾波發(fā)散和遠(yuǎn)距離的虛假相關(guān)等問(wèn)題，導(dǎo)致其是一種次優(yōu)濾波。局地化技術(shù)可以有效改善小集合數(shù)帶來(lái)的相關(guān)問(wèn)題。在強(qiáng)非線性Lorenz-96模型基礎(chǔ)上，研究有無(wú)局地化技術(shù)處理的效果差異，從而探討小集合數(shù)條件下的局地化技術(shù)的優(yōu)劣性；提出一種基于功率譜密度(PSD)判斷集合數(shù)據(jù)同化效果的辦法。本論文的主要工作概括如下：
　　(1)在有限集合數(shù)下，采用Kalman增益值和PSD可以評(píng)價(jià)同化

3、效果，結(jié)合局地化技術(shù)，可以獲得效率更高的同化算法。
　　(2)局地化技術(shù)不僅能消除背景場(chǎng)誤差協(xié)方差矩陣的虛假相關(guān)，還可以增加背景場(chǎng)誤差協(xié)方差矩陣的秩。
　　(3)協(xié)方差局地化方法在更新集合均值和集合擾動(dòng)上具有較強(qiáng)的魯棒性。研究結(jié)論有助于背景場(chǎng)誤差協(xié)方差的精細(xì)分析和估計(jì)。
　　本文通過(guò)一系列數(shù)值實(shí)驗(yàn)對(duì)CL和LA兩種局地化方法進(jìn)行了參數(shù)敏感性實(shí)驗(yàn)，觀察不同的觀測(cè)誤差和集合數(shù)對(duì)同化效果的影響，從而得出了局地分析的思想能有效地