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Four-dimensional data assimilation using the adjoint method.

机译:使用伴随方法进行的四维数据同化。

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摘要

The calculus of variations is used to confirm that variational four-dimensional data assimilation (FDDA) using the adjoint method can be implemented when the numerical model equations have a finite number of first-order discontinuous points. These points represent the on/off switches associated with physical processes, for which the Jacobian matrix of the model equation does not exist.; Numerical evidence suggests that, in some situations when the adjoint method is used for FDDA, the temperature field retrieved using horizontal wind data is numerically not unique. A physical interpretation of this type of non-uniqueness of the retrieval is proposed in terms of energetics.; The adjoint equations of a numerical model can also be used for model-parameter estimation. A general computational procedure is developed to determine the size and distribution of any internal model parameter. The procedure is then applied to a one-dimensional shallow-fluid model in the context of analysis-nudging FDDA: the weighting coefficients used by the Newtonian nudging technique are determined. The sensitivity of these nudging coefficients to the optimal objectives and constraints is investigated.; Experiments of FDDA using the adjoint method are conducted using the dry version of the hydrostatic Penn State/NCAR mesoscale model (MM4) and its adjoint. The minimization procedure converges and the initialization experiment is successful. Temperature-retrieval experiments involving an assimilation of the horizontal wind are also carried out using the adjoint of MM4.
机译:当数值模型方程式具有有限数量的一阶不连续点时,使用变化演算来确认可以使用伴随方法实现变化性四维数据同化(FDDA)。这些点表示与物理过程相关的开/关开关,对于该开关,模型方程的雅可比矩阵不存在。数值证据表明,在某些情况下,当将伴随方法用于FDDA时,使用水平风数据获取的温度场在数值上并不是唯一的。从能量学的角度提出了对这种检索的非唯一性的物理解释。数值模型的伴随方程式也可以用于模型参数估计。开发了一种通用的计算程序来确定任何内部模型参数的大小和分布。然后将该程序应用于FDDA解析的上下文中的一维浅流模型:确定了牛顿微码技术所使用的加权系数。研究了这些微调系数对最佳目标和约束的敏感性。使用静水宾夕法尼亚州立大学/ NCAR中尺度模型(MM4)及其伴随模型的干版进行了使用伴随方法进行的FDDA实验。最小化过程收敛并且初始化实验成功。还使用MM4的伴奏进行了涉及水平风同化的温度检索实验。

著录项

  • 作者

    Bao, Jian-Wen.;

  • 作者单位

    The Pennsylvania State University.;

  • 授予单位 The Pennsylvania State University.;
  • 学科 Physics Atmospheric Science.
  • 学位 Ph.D.
  • 年度 1993
  • 页码 167 p.
  • 总页数 167
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类 大气科学(气象学);
  • 关键词

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