陸面數(shù)據(jù)同化方法的研究.pdf

1、近年來(lái)，土壤濕度作為陸面過(guò)程研究中一個(gè)非常重要的物理量受到了廣泛的關(guān)注。對(duì)土壤濕度尤其是地球表面 1 至 2 米深的土壤濕度進(jìn)行準(zhǔn)確地計(jì)算和預(yù)測(cè)是氣象學(xué)、水文學(xué)、農(nóng)林業(yè)和氣候?qū)W等諸多學(xué)科研究所必需的。本文從方法論的角度研究了估算土壤濕度的各種技巧，其中包括直接插值同化方法法、四維變分同化方法、集合平方根濾波同化方法和混合四維變分同化方法。 第一章首先對(duì)正確計(jì)算土壤濕度的重要性及存在的問(wèn)題作了簡(jiǎn)述，然后據(jù)此提出本論文要研究的主要內(nèi)

2、容。 第二章全面闡述了估算土壤濕度的三類方法，其中特別對(duì)變分?jǐn)?shù)據(jù)同化方法和集合卡曼濾波數(shù)據(jù)同化方法以及這兩種同化方法的比較研究進(jìn)行了較為詳細(xì)的說(shuō)明。 第三章詳細(xì)介紹了反演土壤濕度廓線的基于伴隨的四維變分同化系統(tǒng)的構(gòu)建。首先詳細(xì)推導(dǎo)了建立土壤濕度四維變分同化系統(tǒng)所需的土壤濕度預(yù)報(bào)模式、相應(yīng)的切線性模式和伴隨模式，并對(duì)切線性模式和伴隨模式以及由伴隨模式求出的目標(biāo)函數(shù)對(duì)于初值的梯度進(jìn)行了檢驗(yàn)。然后利用理想數(shù)據(jù)做了一系列數(shù)值試驗(yàn)

3、來(lái)考察該四維變分同化系統(tǒng)利用表層土壤濕度觀測(cè)反演土壤濕度廓線的能力。 第四章研究了集合平方根濾波同化方法利用表層土壤濕度觀測(cè)反演深層土壤濕度信息的能力。通過(guò)一系列理想數(shù)值試驗(yàn)研究了集合數(shù)、觀測(cè)誤差和預(yù)報(bào)模式誤差對(duì)同化結(jié)果的影響；通過(guò)對(duì)離散度、偏度系數(shù)和峰度系數(shù)的分析研究了同化前土壤濕度廓線集合的性質(zhì)；通過(guò)一系列理想數(shù)值試驗(yàn)研究，找出使集合平方根濾波得到的分析廓線誤差最小的方差擴(kuò)大因子；最后將集合平方根濾波同化方法與直接插值同化方

4、法進(jìn)行了比較。 第五章根據(jù)第三章和第四章理想數(shù)值試驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)四維變分同化方法和集合平方根濾波同化方法反演土壤濕度廓線的能力進(jìn)行了詳細(xì)的比較。理想數(shù)值試驗(yàn)的內(nèi)容包括觀測(cè)誤差和預(yù)報(bào)模式誤差以及觀測(cè)頻率對(duì)這兩種同化方法的影響。 第六章將四維變分同化方法與集合平方根濾波同化方法融合得到混合四維同化方法并進(jìn)行了數(shù)值試驗(yàn)，研究了觀測(cè)誤差、模式誤差以及觀測(cè)頻率的影響。試驗(yàn)的結(jié)果表明混合四維同化方法具有較好的反演深層土壤濕度的能力。