变分同化框架通过背景误差协方差构建动力平衡约束的研究进展

摘要

通过背景误差协方差构建动力平衡约束是变分同化框架设计的重要环节.它不仅帮助实现变量间的协同分析,提高观测使用效率,还能改善变分极小化问题的性状.本文在系统梳理通过背景误差协方差引入动力平衡约束的方式、流程的基础上,对求解目前全球和有限区域变分同化系统普遍采用的准地转平衡和静力平衡约束的共性问题和存在的不足作了归纳总结.分析了求解准地转平衡约束的三类方案:动力平衡方程方案、统计方案和动力-统计相结合方案的优缺点.对照比较了不同垂直离散方案下求解静力平衡约束时遇到的欠定问题的表现以及解决途径.最后,展望了基于背景误差协方差构建动力平衡约束在赤道等特殊地区、高分辨率同化系统、以及集合-变分混合同化系统发展中面临的挑战和机遇.