一个用于气候模式的三维变分资料同化系统-南京信息工程大学.pdfVIP

第３２卷第３期 南 京 气 象 学 院 学 报 Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．３ ２００９年６月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ Ｊｕｎ．２００９ 官元红，周广庆，陆维松．一个用于气候模式的三维变分资料同化系统———方案设计及检验［Ｊ］．南京气象学院学报，２００９，３２（３）：３０１３１３． 一个用于气候模式的三维变分资料同化系统———方案设计及检验 １，２，３ ２ １ 官元红 ，周广庆 ，陆维松 （１．南京信息工程大学 气象灾害省部共建教育部重点实验室，江苏 南京　２１００４４； ２．中国科学院大气物理研究所，北京　１０００２９；３．南京信息工程大学 数理学院，江苏 南京　２１００４４） 摘要：介绍了一种适合格点模式的三维变分同化方案，并应用于中国科学院大气物理研究所的９层 大气环流格点模式（ＩＡＰ９Ｌ２°×２５°ＡＧＣＭ）中。同化方案考虑质量场和风场的动力约束关系，并 通过变量变换将模式变量转化为互不相关的控制变量：流函数、非平衡速度势、非平衡位势和比湿； 同时采用共轭梯度法求解代价函数避免了直接计算背景误差协方差矩阵逆的困难。通过理想试 验、模式连续同化积分试验以及对东亚地区特殊寒潮天气的同化试验，结果表明：该系统能够正确 反应多变量之间的相互关系，并且长时间运行稳定，更重要的是同化不仅可以明显改善直接参与同 化的物理量，而且经过模式的动力调整也改善了未参与同化的物理量（如海平面气压、近地面气 温、降水等），这为大气的持续性信息存储于陆面物理量提供了可能，从而可为ＩＡＰ９Ｌ２°×２５° ＡＧＣＭ提供陆—气相协调的初始场。 关键词：资料同化；气候模式；三维变分；短期气候预测 中图分类号：Ｐ４３５．２　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１０００２０２２（２００９）０３０３０１１３ ＡＴｈｒｅｅＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＶａｒｉａｔｉｏｎａｌＤａｔａＡｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ ｆｏｒａＣｌｉｍａｔｅＭｏｄｅｌ（ＡＧＣＭ）———ＢａｓｉｃＳｃｈｅｍｅａｎｄＴｅｓｔｓ １，２，３ ２ １ ＧＵＡＮＹｕａｎｈｏｎｇ ，ＺＨＯＵＧｕａｎｇｑｉｎｇ，ＬＵＷｅｉｓｏｎｇ （１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＤｉｓａｓｔｅｒｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＮＵＩＳＴ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００４４，Ｃｈｉｎａ； ２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００２９，Ｃｈｉｎａ； ３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，ＮＵＩＳＴ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００４４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎａｌａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ（３ＤＶａｒ）ｉｓｕｓｅｄｉｎａｇｒｉｄｐｏｉｎｔＡｔ ｍｏｓｐｈｅｒｉｃＧｅｎｅｒａｌＣｉｒｃｕｌａｔｉｏｎＭｏｄｅｌｗｉｔｈ９ｖｅｒｔｉｃａｌｌｅｖｅｌｓ，ｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＰｈｙｓ ｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ（ＩＡＰ９Ｌ２°×２．５°ＡＧＣＭ）．Ｉｎｔｈｅｓｃｈｅｍｅ，ｍｏｄｅｌｖａｒｉａｂｌｅｓａｒｅｃｏｎ ｖｅｒｔｅｄｔｏｃｏｎｔｒｏｌｖａｒｉａｂｌｅｓｗｈｉｃｈａｒｅｓｔｒｅａｍｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｕｎｂａｌａｎｃｅｄｐｏｔｅｎｔｉａｌｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｕｎｂａｌａｎｃｅｄｇｅｏｐｏ ｔｅｎｔｉａｌｈｅｉｇｈｔａｎｄｓｐｅｃｉｆｉｃｈ