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梯度计算的集合变分方案及其在大气Ekman层湍流系数反演中的应用

韩月琪 钟中 王云峰 杜华栋

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梯度计算的集合变分方案及其在大气Ekman层湍流系数反演中的应用

韩月琪, 钟中, 王云峰, 杜华栋

Gradient calculation based ensemble variational method and its application to the inversion of the turbulent coefficient in atmospheric Ekman layer

Han Yue-Qi, Zhong Zhong, Wang Yun-Feng, Du Hua-Dong
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  • 大气Ekman层湍流系数的准确计算对数值天气预报和污染物扩散计算有着重要的意义. 将集合计算和变分法结合起来, 提出了目标泛函梯度计算的集合变分方案, 并根据正演模式的线性化情况提出了两种计算流程. 利用这种集合变分梯度算法及两种流程对Ekman层湍流系数进行了反演试验, 结果表明这种算法实施简单、方便, 根据观测资料能够比较准确地反演湍流系数值.
    The accurate value of the turbulent coefficient in Ekman layer of atmosphere is quite important for the numerical weather prediction and pollutant diffusion calculation. In the paper, based on ensemble method and variational method, the ensemble variational retrieval method is proposed, and the gradient of objective function is calculated with the method. Two calculation procedures are also given based on the linear condition of forward model. The inversion numerical experiments of the turbulent coefficient using ensemble variational method and two calculation flow process are carried out, and the results show that the method has the simple and convenient characteristics, and the turbulent coefficient can be retrieved accurately by observational data.
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划(批准号:2010AA012304)、江苏省自然科学基金(批准号:BK2010128)、中国博士后科学基金(批准号:20110490185)、国际科技合作项目(批准号:2010DFB33880)和气象海洋学院基础理论研究基金资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National High Technology Research and Development Program of China (Grant No. 2010AA012304), the Natural Science Foundation of Jiangsu Province, China (Grant No. BK2010128), the China Postdoctoral Science Foundation (Grant No. 20110490185), the International Joint Research Program, China (Grant No. 2010DFB33880), and the Basic Theory Research Program of Institute of Meteorology and Oceanography.
    [1]

    Berger B W, Grisogono B 1998 Bound. Layer Meteorol. 87 363

    [2]

    Masson V 2000 Bound. Layer Meteorol. 94 357

    [3]

    Grimmond C S B, Oke T R 2002 J. Appl. Meteorol. 41 792

    [4]

    Chen J, Kemna A, Hubbard S S 2008 Geophysics 73 247

    [5]

    Sheng Z, Huang S X 2010 Acta Phys. Sin. 59 1734 (in Chinese) [盛峥, 黄思训2010 物理学报 59 1734]

    [6]

    Zhang Y, Yang X, Gou M J, Shi Q F 2010 Acta Phys. Sin. 59 3905 (in Chinese) [张宇, 杨曦, 苟铭江, 史庆藩 2010 物理学报 59 3905]

    [7]

    Ye H X, Jin Y Q 2009 Acta Phys. Sin. 58 4579 (in Chinese) [叶红霞, 金亚秋 2009 物理学报 58 4579]

    [8]

    Zhang Y Q, Ge D B 2009 Acta Phys. Sin. 58 4573 (in Chinese) [张玉强, 葛德彪 2009 物理学报 58 4573]

    [9]

    Zuo H Y, Yang J G 2007 Acta Phys. Sin. 56 6132 (in Chinese) [左浩毅, 杨经国 2007 物理学报 56 6132]

    [10]

    Wei B, Ge D B, Wang F 2008 Acta Phys. Sin. 57 6290 (in Chinese) [魏冰, 葛德彪, 王飞 2008 物理学报 57 6290]

    [11]

    Huang C J, Liu Y F, Wu Z S, Sun Y Q, Long S M 2009 Acta Phys. Sin. 58 2397 (in Chinese) [黄朝军, 刘亚峰, 吴振森, 孙彦清, 龙姝明2009 物理学报 58 2397]

    [12]

    Hao N, Zhou B, Chen L M 2006 Acta Phys. Sin. 55 1529 (in Chinese) [郝楠, 周斌, 陈立民 2006 物理学报 55 1529]

    [13]

    Shi X M, Xiao M, Fan J K 2009 J. Geophys. 52 1140 (in Chinese) [师学明, 肖敏, 范建柯 2009 地球物理学报 52 1140]

    [14]

    Wang J Y 2007 J. Engin. Geophys. 4 1 (in Chinese) [王家映 2007 工程地球物理学报 4 1]

    [15]

    Kelbert A, Egbert G D, Schultz A 2008 Geophys. J. Inter. 173 365

    [16]

    Cohn S E 1997 J. Meteor. Soc. Japan 75 257

    [17]

    Jazwinski A H 1970 Stochastic Processes and Filtering Theory (1st Ed.) (New York: Academic Press) p376

    [18]

    Liu D C, Nocedal J 1989 Math. Programming 45 503

    [19]

    Nocedal J 1980 Math. Comput. 35 773

    [20]

    Zhao M 1987 Adv. Atmos. Sci. 4 233

  • [1]

    Berger B W, Grisogono B 1998 Bound. Layer Meteorol. 87 363

    [2]

    Masson V 2000 Bound. Layer Meteorol. 94 357

    [3]

    Grimmond C S B, Oke T R 2002 J. Appl. Meteorol. 41 792

    [4]

    Chen J, Kemna A, Hubbard S S 2008 Geophysics 73 247

    [5]

    Sheng Z, Huang S X 2010 Acta Phys. Sin. 59 1734 (in Chinese) [盛峥, 黄思训2010 物理学报 59 1734]

    [6]

    Zhang Y, Yang X, Gou M J, Shi Q F 2010 Acta Phys. Sin. 59 3905 (in Chinese) [张宇, 杨曦, 苟铭江, 史庆藩 2010 物理学报 59 3905]

    [7]

    Ye H X, Jin Y Q 2009 Acta Phys. Sin. 58 4579 (in Chinese) [叶红霞, 金亚秋 2009 物理学报 58 4579]

    [8]

    Zhang Y Q, Ge D B 2009 Acta Phys. Sin. 58 4573 (in Chinese) [张玉强, 葛德彪 2009 物理学报 58 4573]

    [9]

    Zuo H Y, Yang J G 2007 Acta Phys. Sin. 56 6132 (in Chinese) [左浩毅, 杨经国 2007 物理学报 56 6132]

    [10]

    Wei B, Ge D B, Wang F 2008 Acta Phys. Sin. 57 6290 (in Chinese) [魏冰, 葛德彪, 王飞 2008 物理学报 57 6290]

    [11]

    Huang C J, Liu Y F, Wu Z S, Sun Y Q, Long S M 2009 Acta Phys. Sin. 58 2397 (in Chinese) [黄朝军, 刘亚峰, 吴振森, 孙彦清, 龙姝明2009 物理学报 58 2397]

    [12]

    Hao N, Zhou B, Chen L M 2006 Acta Phys. Sin. 55 1529 (in Chinese) [郝楠, 周斌, 陈立民 2006 物理学报 55 1529]

    [13]

    Shi X M, Xiao M, Fan J K 2009 J. Geophys. 52 1140 (in Chinese) [师学明, 肖敏, 范建柯 2009 地球物理学报 52 1140]

    [14]

    Wang J Y 2007 J. Engin. Geophys. 4 1 (in Chinese) [王家映 2007 工程地球物理学报 4 1]

    [15]

    Kelbert A, Egbert G D, Schultz A 2008 Geophys. J. Inter. 173 365

    [16]

    Cohn S E 1997 J. Meteor. Soc. Japan 75 257

    [17]

    Jazwinski A H 1970 Stochastic Processes and Filtering Theory (1st Ed.) (New York: Academic Press) p376

    [18]

    Liu D C, Nocedal J 1989 Math. Programming 45 503

    [19]

    Nocedal J 1980 Math. Comput. 35 773

    [20]

    Zhao M 1987 Adv. Atmos. Sci. 4 233

  • [1] 邓娈, 杜报, 蔡洪波, 康洞国, 朱少平. 在质子照相中利用Abel逆变换反演等离子体自生磁场结构. 物理学报, 2022, 71(24): 245203. doi: 10.7498/aps.71.20221848
    [2] 屈科, 朴胜春, 朱凤芹. 一种基于内潮动力特征的浅海声速剖面构建新方法. 物理学报, 2019, 68(12): 124302. doi: 10.7498/aps.68.20181867
    [3] 周彦玲, 范军, 王斌. 塑料类高分子聚合物材料水中目标声学参数反演. 物理学报, 2019, 68(21): 214301. doi: 10.7498/aps.68.20190991
    [4] 徐敏, 申晋, 黄钰, 徐亚南, 朱新军, 王雅静, 刘伟, 高明亮. 基于颗粒粒度信息分布特征的动态光散射加权反演. 物理学报, 2018, 67(13): 134201. doi: 10.7498/aps.67.20172377
    [5] 陈洁, 张淳民, 王鼎益, 张兴赢, 王舒鹏, 栗彦芬, 刘冬冬, 荣飘. 地表反照率对短波红外探测大气CO2的影响. 物理学报, 2015, 64(23): 239201. doi: 10.7498/aps.64.239201
    [6] 段晓亮, 王一博, 杨慧珠. 基于逆散射理论的地震波速度正则化反演. 物理学报, 2015, 64(7): 078901. doi: 10.7498/aps.64.078901
    [7] 李伦, 吴雄斌. 高频地波雷达多站浅海水深与海流反演. 物理学报, 2014, 63(11): 118404. doi: 10.7498/aps.63.118404
    [8] 李伦, 吴雄斌, 徐兴安. 基于优化理论的高频地波雷达海浪参数反演. 物理学报, 2014, 63(3): 038403. doi: 10.7498/aps.63.038403
    [9] 吴祝慧, 韩月琪, 钟中, 杜华栋, 王云峰. 基于区域逐步分析的集合变分资料同化方法. 物理学报, 2014, 63(7): 079201. doi: 10.7498/aps.63.079201
    [10] 王杨, 李昂, 谢品华, 陈浩, 徐晋, 吴丰成, 刘建国, 刘文清. 多轴差分吸收光谱技术反演气溶胶消光系数垂直廓线. 物理学报, 2013, 62(18): 180705. doi: 10.7498/aps.62.180705
    [11] 李海燕, 胡云安, 任建存, 朱敏, 刘亮. 非匹配不确定交叉严反馈超混沌系统神经网络反演同步. 物理学报, 2012, 61(14): 140502. doi: 10.7498/aps.61.140502
    [12] 何然, 黄思训, 周晨腾, 姜祝辉. 遗传算法结合正则化方法反演海洋大气波导. 物理学报, 2012, 61(4): 049201. doi: 10.7498/aps.61.049201
    [13] 盛峥, 黄思训. 变分伴随正则化方法从雷达回波反演海洋波导(Ⅱ):实际反演试验. 物理学报, 2010, 59(6): 3912-3916. doi: 10.7498/aps.59.3912
    [14] 丁世敬, 葛德彪, 申宁. 复合介质等效电磁参数的数值研究. 物理学报, 2010, 59(2): 943-948. doi: 10.7498/aps.59.943
    [15] 杨坤德, 马远良. 利用海底反射信号进行地声参数反演的方法. 物理学报, 2009, 58(3): 1798-1805. doi: 10.7498/aps.58.1798
    [16] 孙贤明, 哈恒旭. 基于反射太阳光反演气溶胶光学厚度和有效半径. 物理学报, 2008, 57(9): 5565-5570. doi: 10.7498/aps.57.5565
    [17] 张新明, 刘家琦, 刘克安. 一维双相介质孔隙率的小波多尺度反演. 物理学报, 2008, 57(2): 654-660. doi: 10.7498/aps.57.654
    [18] 顾培夫, 陈海星, 郑臻荣, 刘 旭. 弱吸收多层薄膜消光系数的反演. 物理学报, 2005, 54(8): 3722-3725. doi: 10.7498/aps.54.3722
    [19] 魏 兵, 葛德彪. 各向异性有耗介质板介电系数和电导率的反演. 物理学报, 2005, 54(2): 648-652. doi: 10.7498/aps.54.648
    [20] 梁子长, 金亚秋. 一层非球形粒子散射的标量辐射传输迭代解的求逆. 物理学报, 2002, 51(10): 2239-2244. doi: 10.7498/aps.51.2239
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-09-04
  • 修回日期:  2012-09-27
  • 刊出日期:  2013-02-05

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