海气耦合模式中的耦合资料同化和参数估计回顾

作者: 来源:自动化学院 发布时间:2020年05月30日 点击数: 11

5月2 2 日,国际顶级学术期刊 Climate Dynamics ( 《气候动力学》 ) 在线发表了题为“ Coupled data assimilation and parameter estimation in coupled ocean-atmosphere models: a review ”(海气耦合模式中的耦合资料同化和参数估计回顾)的综述性文章。该综述由我校柔性教授自动化学院博士生导师张绍晴领衔,包括我校自动化学院3名核心团队成员在内的我国耦合资料同化领域诸多一流研究学者联合发表。


文章回顾了过去20年来海气耦合资料同化领域的主要进展及其对天气气候可预报性研究的影响,总体上按耦合资料同化领域由弱耦合同化向强耦合同化的发展,用耦合模式平衡协调地融合地球系统观测信息、从而整合地球观测系统的过程进行论述。首先,总结了不同同化方法(逼近法、三维变分、四维变分、集合卡曼滤波)的应用和研发进展,重点介绍了近年来在数值模拟中集合基本同化方法优势所产生的效果。其次,在强耦合同化的总结中,介绍L eading averaged coupled covariance 、R econditioning and l ocalization 、In terface solver 等重要的最新先锋同化概念的同时,强调耦合资料同化必需结合海气相互作用物理过程机制的方法论。在文章的最后部分,讨论了随着模式分辨率的提高、数据量的增大,超高分辨率耦合模拟中的非线性耦合同化 / 耦合参数估计所面临的机遇和挑战,并给出了一些潜在的解决思路和研究方向。


图例1:a弱耦合同化和b 强耦合同化及其实现方案示意图。 a 弱耦合同化先用地球系统模式单一分量吸收相应分量观测信息(红实箭头)然后通过耦合界面通量传输(白虚箭头),b 除耦合界面通量传输机制,强耦合同化用不同模式分量之间的误差协方差直接投影观测信息到地球系统其它分量(红虚箭头)。白实箭头标示地球系统分量相互作用过程中可能存在的时间滞后(例如海洋对大气强迫的滞后响应)。


图例2:强耦合同化改善海表面温度模拟样例。负值为优于弱耦合同化(W CDA ),b为使用 7 日大气 Leading averaged coupled covariance 的强耦合同化结果 (SCDA)

海气耦合数据资料同化因其可以为模拟和预报预测提供更为平衡的模式初始场,能够有效减小由观测误差、计算误差等带来的初始模式扰动而在近年来得到极大的推崇和推广。相关研究和应用分布面广、技术路线复杂、投入资源大、进展迅速,因此通过综述性的文章定期进行梳理和总结是非常有必要的。值得注意的是,在本综述中列举的百余篇领域重点研究论文中,有近 40 篇为中国科学家的工作成果,这一比例在近5年的工作成果中还要更高。其中张绍晴教授作为第一作者的文章贯穿了整个海气耦合数据资料同化研究过去1 5 年研究的始终,在耦合同化初始扰动处理、多尺度耦合同化、多元耦合参数估计等细分领域占据了主导地位。

张绍晴教授的科研团队一直致力于海气耦合资料同化 / 参数估计理论、方法的研究、开发和应用。该文章的发表是对其团队过去 15 年工作的充分肯定,彰显出该团队在地球系统模式耦合资料同化研究领域的国际影响力,是对我国相关科学家和研究人员在海气耦合资料同化和参数估计领域实力处于国际领军水平的明确肯定。

近年来,自动化学院不断推进学科内涵式发展,开拓建立了业务化海洋学研究方向和研究团队,该成果发表标志着我校在该领域已形成自身研究特色和研究地位。






责任编辑:吴琦
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