三维变分资料同化系统在气候模式中的应用与检验

"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 (2009年)" 本文详细探讨了一个适用于气候模式的三维变分资料同化系统的构建及其在9层大气环流格点模式（IAP9L2°×2.5°-AGCM）中的应用。该同化方案的核心是处理动力约束关系，特别是在质量场和风场之间，以确保模式的物理一致性。通过变量变换，将原始模式变量转换为流函数、非平衡速度势、非平衡位势和比湿四个互不相关的控制变量。这种变换旨在简化问题，提高计算效率。 为了解决背景误差协方差矩阵逆计算的复杂性，作者采用了共轭梯度法来求解代价函数。这种方法避免了直接计算矩阵逆的难题，使得整个同化过程更加高效和稳定。一系列试验验证了这个系统的性能，包括理想试验、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。试验结果表明，该系统能够准确反映不同物理量之间的相互作用，并在长时间运行中保持稳定。 同化系统的应用不仅显著改进了直接参与同化的物理量，例如通过同化观测数据改善风速和温度等，还通过模式的动力调整间接优化了未被直接同化的物理量，如海平面气压、近地面气温和降水等。这一发现揭示了同化信息可以通过大气动力学传递到其他未同化的变量，为陆地表面物理量提供了气候连续性信息，进而为IAP9L2°×2.5°-AGCM提供了陆-气相互作用的协调初始场，这对于短期气候预测至关重要。 关键词涉及到资料同化、气候模式、三维变分方法以及短期气候预测，表明研究的焦点在于如何利用三维变分同化技术改进气候模型的初始化，从而提升气候预测的准确性和可靠性。该工作对于气候学、大气物理学和气象预报领域具有重要的理论与实践意义，为未来气候模式的发展和改进提供了新的思路和方法。