搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

随机平衡设计傅里叶振幅敏感性分析方法和拓展傅里叶振幅敏感性分析方法在陆面过程模式敏感性分析中的应用探索

李红祺

引用本文:
Citation:

随机平衡设计傅里叶振幅敏感性分析方法和拓展傅里叶振幅敏感性分析方法在陆面过程模式敏感性分析中的应用探索

李红祺

Applications of random balance design Fourier amplitude sensitivity test and extended Fourier amplitude sensitivity test in the parameter sensitivity analysis of land surface process model

Li Hong-Qi
PDF
导出引用
  • 探讨了随机平衡傅里叶振幅敏感性分析方法(RBD-FAST)和扩展傅里叶振幅敏感性分析方法(EFAST)在陆面过程模式参数敏感性研究中的应用. 试验中使用通用陆面过程模式(CoLM)和通榆退化草地2008年夏季观测资料, 针对陆气相互作用中重要的要素: 感热通量(SH)、潜热通量(LH)、地表温度(ST), 2 m气温(T2m)和2 m湿度(Q2m), 分析了11 个参数(土深、1–5层黏土比率、孔隙度、最大露水厚度、50%植物根深、地表空气粗糙度和冠层下土壤拖曳系数)的敏感性大小. 结果表明, RBD-FAST和EFAST对参数的一阶敏感性检验结果较为一致且与之前的研究结果类似, EFAST方法还可以得到考虑了参数间相互作用的整体敏感性. RBD-FAST的优势主要表现为在极大地减少了计算消耗机的同时, 一次取样即可计算所有参数的一阶敏感性, 而EFAST的优势则在于通盘考虑了参数之间的相互影响, 可以得到更为合理的整体敏感性序列. 针对不同需求, 选择使用这两种敏感性分析方法, 有助于提高陆面过程模式参数化方案的改进效率.
    In this paper, we discuss the applications of random balance design Fourier amplitude sensitivity test (RBD-FAST) and extended Fourier amplitude sensitivity test (EFAST) in the parameter sensitivity analysis of land surface process model. We use the common land model and data of Tongyu station, which is a reference site of CEOP in the semi-arid regions, use five model outputs (sensible heat flux, latent heat flux, surface temperature, temperature of air at 2 m over surface, moisture of air at 2 m over surface) as focus output, and use 11 model parameter (soil depth, the soil proportion of 1-5 layers of soil, the porosity of soil, the max dew depth, the roughness of the air between surface and the canopy, and the drag coefficient under the canopy) as the parameters to be analyzed. After the 10 RBD-FAST experiments, we obtain the first-order sensitivity results, and we gain not only first-order sensitivity but also the total sensitivity after the EFAST experiment. The first-order results of two methods show their consistency. The RBD-FAST takes less computing time and is easy to implemente, while the EFAST also has a more comprehensive and reasonable total sensitivity result. All results above illustrate the applications of both RBD-FAST and EFAST in the parameter sensitivity analysis of land surface model. Researchers can choose the suitable one to solve the different problems.
    • 基金项目: 国家青年自然科学基金(批准号: 41205078)和2014年度公益性行业(气象)科研专项(批准号: GYHY201406005)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Young Scientists Fund of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 41205078) and the Special Scientific Research Fund of Meteorological Public Welfare Profession of China (Grant No. GYHY201406005).
    [1]

    Sun S F 2005 Biophysical and Biochemical Mechanisms and Their Parameterization in Context of Land Surface Process ( Vol. 1 ) (Beijing: China Meteorological Press) pp1-20 (in Chinese) [孙菽芬 2005 陆面过程的物理、生化机理和参数化模型 (北京: 气象出版社) 第1–20页]

    [2]

    Batidas L A, Hogure T S, Sorooshian S, Gupta H V, Shuttleworth W J 2006 J. Geophys. Res.: Atoms. 111 D2101

    [3]

    Sun S F 2002 Bimonthly of Xinjiang Meteorology 25 1 (in Chinese) [孙菽芬 2002 新疆气象 25 1]

    [4]

    Xue G Y, Zhou S Q, Sun Z B, Chen G Y, Yang Y C, Chen H M 2005 Bull. Sci. Technol. 21 378 (in Chinese) [薛根元, 周锁栓, 孙照渤, 陈国勇, 杨煜灿, 陈红梅 2005 科技通报 21 378]

    [5]

    Wang Y P, Baldocchi D, Leunig R, Flage E, Vesala T 2006 Global Change Biology 12 1

    [6]

    Park S J, Park S U, Ho C H 2010 Terr. Atmos. Ocean. Sci. 21 5

    [7]

    Satltelli A, Ratto M, Andres T, Campolongo F, Cariboni J, Gatelli D, Saisana M, Tarantola S 2008 Global Sensitivity Anaysis the Primer (Chichester: John Wiley & Sons, Ltd)

    [8]

    Li H Q, Guo W D, Sun G D, Zhang Y C, Fu C B 2011 Adv. Atmos. Sci. 28 1056

    [9]

    Li H Q, Guo W D, Sun G D, Zhang Y C 2011 Acta Phys. Sin. 60 019201 (in Chinese) [李红祺, 郭维栋, 孙国栋, 张耀存 2011 物理学报 60 019201]

    [10]

    Li H Q 2010 Ph. D. Dissertation (Nanjing: Nanjing University) (in Chinese) [李红祺 2010 博士学位论文(南京: 南京大学大气科学学院)]

    [11]

    Saltelli A, Ratto M, Tarantola S, Campolongo F 2005 Chem. Rev. 105 2811

    [12]

    Koda M, McRae G J, Seinfeld J H 1979 Int J. Chem. Kinet. 11 427

    [13]

    Cukier R I, Schaibly J H, Shuler K E 1975 J. Chem. Phys. 63 1140

    [14]

    Cukier R I, Levine H B, Shuler K E 1978 J. Comput. Phys. 26 1

    [15]

    Cukier R I, Levine H B, Shuler K E J 1977 Phys. Chem. 81 2365

    [16]

    McRae G J, Tilden J W, Seinfeld J H 1982 Comput. Chem. Eng. 6 15

    [17]

    Schaibly J H, Shuler K E 1973 J. Chem. Phys. 59 3879

    [18]

    Cukier R I, Fortuin C M, Shuler K E, Petschek A G, Schaibly J H 1973 J. Chem. Phys. 59 3873

    [19]

    Saltelli A, Tarantola S, Chan K P S 1999 Technometrics 41 39

    [20]

    Xu C G, Gertner G Z 2008 Reliab. Eng. Syst. Safety 93 1060

    [21]

    Wang J D, Guo W D, Li H Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 050202 (in Chinese) [王建栋, 郭维栋, 李红祺 2013 物理学报 62 050202]

    [22]

    Tarantola S, Gatelli D, Mara T A 2006 Reliab. Eng. Syst. Safety 91 717

    [23]

    Sobol' I M 1993 Math. Model. Comput. Exp. 1 407

    [24]

    Dai Y J, Zeng X B, Dickinson R E 2001 Common. Land. Model. (Technical Documentation and User's Guide) User's Guide

    [25]

    Dai Y J 2003 Bull. Am. Meteorol. Soc. 84 1013

    [26]

    Dai Y J 2005 The Common Land Model (CoLM) User's Guide

  • [1]

    Sun S F 2005 Biophysical and Biochemical Mechanisms and Their Parameterization in Context of Land Surface Process ( Vol. 1 ) (Beijing: China Meteorological Press) pp1-20 (in Chinese) [孙菽芬 2005 陆面过程的物理、生化机理和参数化模型 (北京: 气象出版社) 第1–20页]

    [2]

    Batidas L A, Hogure T S, Sorooshian S, Gupta H V, Shuttleworth W J 2006 J. Geophys. Res.: Atoms. 111 D2101

    [3]

    Sun S F 2002 Bimonthly of Xinjiang Meteorology 25 1 (in Chinese) [孙菽芬 2002 新疆气象 25 1]

    [4]

    Xue G Y, Zhou S Q, Sun Z B, Chen G Y, Yang Y C, Chen H M 2005 Bull. Sci. Technol. 21 378 (in Chinese) [薛根元, 周锁栓, 孙照渤, 陈国勇, 杨煜灿, 陈红梅 2005 科技通报 21 378]

    [5]

    Wang Y P, Baldocchi D, Leunig R, Flage E, Vesala T 2006 Global Change Biology 12 1

    [6]

    Park S J, Park S U, Ho C H 2010 Terr. Atmos. Ocean. Sci. 21 5

    [7]

    Satltelli A, Ratto M, Andres T, Campolongo F, Cariboni J, Gatelli D, Saisana M, Tarantola S 2008 Global Sensitivity Anaysis the Primer (Chichester: John Wiley & Sons, Ltd)

    [8]

    Li H Q, Guo W D, Sun G D, Zhang Y C, Fu C B 2011 Adv. Atmos. Sci. 28 1056

    [9]

    Li H Q, Guo W D, Sun G D, Zhang Y C 2011 Acta Phys. Sin. 60 019201 (in Chinese) [李红祺, 郭维栋, 孙国栋, 张耀存 2011 物理学报 60 019201]

    [10]

    Li H Q 2010 Ph. D. Dissertation (Nanjing: Nanjing University) (in Chinese) [李红祺 2010 博士学位论文(南京: 南京大学大气科学学院)]

    [11]

    Saltelli A, Ratto M, Tarantola S, Campolongo F 2005 Chem. Rev. 105 2811

    [12]

    Koda M, McRae G J, Seinfeld J H 1979 Int J. Chem. Kinet. 11 427

    [13]

    Cukier R I, Schaibly J H, Shuler K E 1975 J. Chem. Phys. 63 1140

    [14]

    Cukier R I, Levine H B, Shuler K E 1978 J. Comput. Phys. 26 1

    [15]

    Cukier R I, Levine H B, Shuler K E J 1977 Phys. Chem. 81 2365

    [16]

    McRae G J, Tilden J W, Seinfeld J H 1982 Comput. Chem. Eng. 6 15

    [17]

    Schaibly J H, Shuler K E 1973 J. Chem. Phys. 59 3879

    [18]

    Cukier R I, Fortuin C M, Shuler K E, Petschek A G, Schaibly J H 1973 J. Chem. Phys. 59 3873

    [19]

    Saltelli A, Tarantola S, Chan K P S 1999 Technometrics 41 39

    [20]

    Xu C G, Gertner G Z 2008 Reliab. Eng. Syst. Safety 93 1060

    [21]

    Wang J D, Guo W D, Li H Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 050202 (in Chinese) [王建栋, 郭维栋, 李红祺 2013 物理学报 62 050202]

    [22]

    Tarantola S, Gatelli D, Mara T A 2006 Reliab. Eng. Syst. Safety 91 717

    [23]

    Sobol' I M 1993 Math. Model. Comput. Exp. 1 407

    [24]

    Dai Y J, Zeng X B, Dickinson R E 2001 Common. Land. Model. (Technical Documentation and User's Guide) User's Guide

    [25]

    Dai Y J 2003 Bull. Am. Meteorol. Soc. 84 1013

    [26]

    Dai Y J 2005 The Common Land Model (CoLM) User's Guide

  • [1] 李春曦, 程冉, 叶学民. 接触角迟滞和气-液界面张力温度敏感性对液滴蒸发动态特性的影响. 物理学报, 2021, 70(20): 204701. doi: 10.7498/aps.70.20210294
    [2] 罗尹虹, 张凤祁, 郭红霞, Wojtek Hajdas. 基于重离子试验数据预测纳米加固静态随机存储器质子单粒子效应敏感性. 物理学报, 2020, 69(1): 018501. doi: 10.7498/aps.69.20190878
    [3] 陈浩, 彭同江, 刘波, 孙红娟, 雷德会. 还原温度对氧化石墨烯结构及室温下H2敏感性能的影响. 物理学报, 2017, 66(8): 080701. doi: 10.7498/aps.66.080701
    [4] 罗尹虹, 张凤祁, 王燕萍, 王圆明, 郭晓强, 郭红霞. 纳米静态随机存储器低能质子单粒子翻转敏感性研究. 物理学报, 2016, 65(6): 068501. doi: 10.7498/aps.65.068501
    [5] 李书磊, 刘磊, 高太长, 黄威, 胡帅. 太赫兹波被动遥感卷云微物理参数的敏感性试验分析. 物理学报, 2016, 65(13): 134102. doi: 10.7498/aps.65.134102
    [6] 左冬冬, 侯威, 王文祥. 中国西南地区干旱Copula函数模型对样本量的敏感性分析. 物理学报, 2015, 64(10): 100203. doi: 10.7498/aps.64.100203
    [7] 刘永迪, 李虹, 张波, 郑琼林, 游小杰. 基于双重傅里叶级数的混沌SPWM频谱量化分析. 物理学报, 2014, 63(7): 070503. doi: 10.7498/aps.63.070503
    [8] 秦玉香, 刘梅, 化得燕. Ti掺杂W18O49纳米线的电子结构与NO2敏感性能的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(20): 207101. doi: 10.7498/aps.63.207101
    [9] 肖尧, 郭红霞, 张凤祁, 赵雯, 王燕萍, 丁李利, 范雪, 罗尹虹, 张科营. 累积剂量影响静态随机存储器单粒子效应敏感性研究. 物理学报, 2014, 63(1): 018501. doi: 10.7498/aps.63.018501
    [10] 秦玉香, 刘凯轩, 刘长雨, 孙学斌. 钒掺杂W18O49纳米线的室温p型电导与NO2敏感性能. 物理学报, 2013, 62(20): 208104. doi: 10.7498/aps.62.208104
    [11] 丁李利, 郭红霞, 陈伟, 闫逸华, 肖尧, 范如玉. 累积辐照影响静态随机存储器单粒子翻转敏感性的仿真研究. 物理学报, 2013, 62(18): 188502. doi: 10.7498/aps.62.188502
    [12] 王建栋, 郭维栋, 李红祺. 拓展傅里叶幅度敏感性检验(EFAST)在陆面过程模式中参数敏感性分析的应用探索. 物理学报, 2013, 62(5): 050202. doi: 10.7498/aps.62.050202
    [13] 秦玉香, 王飞, 沈万江, 胡明. 氧化钨纳米线-单壁碳纳米管复合型气敏元件的室温NO2敏感性能与机理. 物理学报, 2012, 61(5): 057301. doi: 10.7498/aps.61.057301
    [14] 吴浩, 侯威, 钱忠华, 胡经国. 基于气候变化综合指数的中国近50年来气候变化敏感性研究. 物理学报, 2012, 61(14): 149205. doi: 10.7498/aps.61.149205
    [15] 李红祺, 郭维栋, 孙国栋, 张耀存. 条件非线性最优扰动方法在陆面过程模式参数优化中的扩展应用初探. 物理学报, 2011, 60(1): 019201. doi: 10.7498/aps.60.019201
    [16] 邱明, 张振华, 邓小清. 碳链输运对基团吸附的敏感性分析. 物理学报, 2010, 59(6): 4162-4169. doi: 10.7498/aps.59.4162
    [17] 李桂琴, 蔡军. graphene量子点的起伏效应对尺寸的敏感性研究. 物理学报, 2009, 58(9): 6453-6458. doi: 10.7498/aps.58.6453
    [18] 张光寅, 王宝明. 晶体剩余反射带短波边弱振动反射光谱结构的异常敏感性. 物理学报, 1984, 33(9): 1306-1313. doi: 10.7498/aps.33.1306
    [19] 蔡履中, 张幼文. 彩虹全息图成象的傅里叶分析. 物理学报, 1982, 31(8): 1020-1029. doi: 10.7498/aps.31.1020
    [20] 雷啸霖. Tc级数的收敛半径对声子谱高频行为的敏感性. 物理学报, 1981, 30(8): 1127-1131. doi: 10.7498/aps.30.1127
计量
  • 文章访问数:  6552
  • PDF下载量:  311
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-09-15
  • 修回日期:  2014-10-21
  • 刊出日期:  2015-03-05

/

返回文章
返回