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耦合一维水动力模型和集合卡尔曼滤波的入库流量推求方法
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作者 刘园 张玮 +3 位作者 刘洋 赵辉 黄康迪 刘攀 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第9期106-111,120,共7页
水库流量估算是洪水预报和控制的关键问题。受动库容和水位观测误差的影响,传统水量平衡方法反推的入库流量往往锯齿状波动剧烈,且在小时间尺度时容易出现负值,需要借助平滑算法进行后处理。针对以上问题,基于流量连续性假设提出了一种... 水库流量估算是洪水预报和控制的关键问题。受动库容和水位观测误差的影响,传统水量平衡方法反推的入库流量往往锯齿状波动剧烈,且在小时间尺度时容易出现负值,需要借助平滑算法进行后处理。针对以上问题,基于流量连续性假设提出了一种耦合水动力学的集合卡尔曼滤波方法。首先将入库流量作为模型参数,基于流量连续性假设生成下一时刻入库流量集合;然后构建并运行多个水力学模型实例,得到不同流量条件下的模拟水位集合;最后基于多实测水位数据,运用集合卡尔曼滤波方法更新生成的入库流量集合,将流量集合平均值作为目标流量,并重复以上步骤。通过滚动向前滤波实现光滑的水库入库流量反推。以三峡水库为例,选取2020年7月和2022年10月的洪水过程进行研究,结果表明:(1)该方法能够在满足时效性要求的同时,显著降低反推入库流量的波动性,与八段法相比,平滑度改善为0.56;(2)该方法与人工平滑结果和八段法结果相比,均在低流量时更加接近,在峰值流量附近差值偏大;(3)水量偏差指标显示所有方法均高估了入库流量,滤波法高估7%,八段法高估6%,人工平滑法高估8%。提出的入库流量反推方法可为洪水预报和调度提供技术支撑。 展开更多
关键词 入库流量 三峡大坝 集合卡尔曼滤波 一维水动力
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基于集合卡尔曼滤波方法的振荡流Morison方程校核与研究
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作者 李健增 孟祥飞 +2 位作者 范晓文 张士岩 及春宁 《振动与冲击》 北大核心 2025年第15期289-297,共9页
当利用Morison方程开展小KC(Keulegan-Carpenter)数场景下水下桩柱结构地震响应模拟时,拖曳力系数C_(d)和惯性力系数C_(m)是影响计算可靠性的关键。系数的获取方式与精度判别目前尚未统一,同时缺乏不同要素对系数影响的全面性分析。针... 当利用Morison方程开展小KC(Keulegan-Carpenter)数场景下水下桩柱结构地震响应模拟时,拖曳力系数C_(d)和惯性力系数C_(m)是影响计算可靠性的关键。系数的获取方式与精度判别目前尚未统一,同时缺乏不同要素对系数影响的全面性分析。针对这一问题,以水下桩柱结构的二维CFD(computational fluid dynamics)仿真数据为基础,开展了基于集合卡尔曼滤波方法的Morison方程系数寻优方程组建模,制定了防非物理性拟合和支持方程组快速迭代收敛的先验数据预处理策略和针对振荡时序数据的误差判定指标,在此基础上设计了包含不同截面形状、不同振幅、不同振动周期等要素的系列计算方案。结果表明,提出的以集合卡尔曼滤波为基础的拟合方法,兼顾了处理精度与计算效率,可有效模拟非线性复杂场景下C_(d)和C_(m)与受力之间的关系,同时可为同类型小KC数应用场景下的水中地震载荷受力计算提供数据指导以及数学基础。 展开更多
关键词 集合卡尔曼滤波方法 Morison方程 参数校核
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基于连通性分析局域化的集合卡尔曼滤波的油藏自动历史拟合方法
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作者 曹静 陈玉 辛显康 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第19期8062-8068,共7页
集合卡尔曼滤波(ensemble Kalman filter,EnKF)是自动历史拟合中应用最为广泛的方法之一,但该算法在应用过程中会产生伪相关、滤波发散等问题。建立了一种新的基于连通性分析的单井敏感性局域化集合卡尔曼滤波自动历史拟合方法,解决了... 集合卡尔曼滤波(ensemble Kalman filter,EnKF)是自动历史拟合中应用最为广泛的方法之一,但该算法在应用过程中会产生伪相关、滤波发散等问题。建立了一种新的基于连通性分析的单井敏感性局域化集合卡尔曼滤波自动历史拟合方法,解决了传统距离截断方法处理伪相关时与实际油藏不匹配问题。该方法将油藏网格视为连通的有向图,利用连通性分析和Floyd算法计算任意两个网格点间的最短路径,从而确定单井敏感性区域和井点到各网格的相关系数矩阵,再结合集合卡尔曼滤波方法有效削弱了伪相关问题。将改进的算法编程实现并运用实例进行验证,结果表明,基于连通性分析局域化的EnKF方法在生产动态拟合和模型参数场反演等方面均优于标准EnKF方法。 展开更多
关键词 集合卡尔曼滤波 连通性 局域化 FLOYD算法
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应用集合卡尔曼滤波算法对土壤呼吸速率同化及NEP估算 被引量:1
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作者 贾科 于颖 +1 位作者 杨曦光 范文义 《东北林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期77-84,110,共9页
为了对净生态系统生产力(NEP)进行准确估算,以长白山通量观测站观测数据为基础,构建土壤温度、湿度耦合因子的更新模型(线性函数、指数函数、二次式函数),结合集合卡尔曼滤波算法(EnKF)获取高精度土壤呼吸速率数据,应用陆地生态系统碳... 为了对净生态系统生产力(NEP)进行准确估算,以长白山通量观测站观测数据为基础,构建土壤温度、湿度耦合因子的更新模型(线性函数、指数函数、二次式函数),结合集合卡尔曼滤波算法(EnKF)获取高精度土壤呼吸速率数据,应用陆地生态系统碳循环综合模型(InTEC模型)准确估算NEP。结果表明:二次式模型的EnKF算法同化结果估算效果最好,决定系数(R^(2))为0.782,均方根误差为52.90 g·m^(-2)·a^(-1);指数模型EnKF算法同化结果估算值的R^(2)为0.755,均方根误差为56.47 g·m^(-2)·a^(-1);线性模型EnKF算法同化结果估算值的R^(2)为0.742,均方根误差为62.80 g·m^(-2)·a^(-1)。选取二次式模型优化后的土壤呼吸速率数据,InTEC模型模拟长白山通量观测站长时间序列净生态系统生产力的R^(2)为0.900,均方根误差为61.77 g·m^(-2)·a^(-1);InTEC模型模拟东北三省森林生态系统2003—2010年的净生态系统生产力年均值,由初始模拟的30.07 g·m^(-2)·a^(-1),经EnKF算法更新后提升到176.87 g·m^(-2)·a^(-1)。因此,采用EnKF更新土壤温度-湿度耦合因子获取的土壤呼吸速率数据,能够提高InTEC模型估算NEP的精度,为大区域尺度森林生态系统NEP估算提供技术支持。 展开更多
关键词 集合卡尔曼滤波算法 土壤温湿度 陆地生态系统碳循环综合模型 净生态系统生产力 土壤呼吸速率
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基于集合卡尔曼滤波的帽儿山森林多源LAI产品重建及融合校正方法
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作者 包塔娜 范文义 《浙江农林大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期841-849,共9页
【目的】现有叶面积指数(LAI)产品大多存在分辨率低、数据异常和精度低等问题,难以满足某些应用需求。因此,本研究提出一种多源LAI数据的融合方法,以减少不同来源数据的差异并提高产品精度。【方法】以帽儿山实验林场的阔叶林和针叶林... 【目的】现有叶面积指数(LAI)产品大多存在分辨率低、数据异常和精度低等问题,难以满足某些应用需求。因此,本研究提出一种多源LAI数据的融合方法,以减少不同来源数据的差异并提高产品精度。【方法】以帽儿山实验林场的阔叶林和针叶林区域为研究区,基于2017年的MODIS、VIIRS和PROBA-V的LAI产品,利用多年LAI数据作为先验知识建立LAI背景库修正低质量数据,对3种LAI数据集进行混合像元分解的降尺度处理,基于Sentinel-2反射率产品耦合集合卡尔曼滤波(EnKF)算法、LAI动态模型和辐射传输模型进行数据同化,最后对同化后的3种LAI数据进行赋权融合,使用实测数据进行精度评价。【结果】在阔叶林,同化后的MODIS、VIIRS和PROBA-V LAI与实测数据的相关系数分别为0.59、0.56和0.62,比原始数据提升了0.57、0.52和0.57;均方根误差分别为0.37、0.31和0.14,比原始数据减小了1.23、1.69和1.06。在针叶林,同化后的MODIS、VIIRS和PROBA-V LAI与实测数据的相关系数分别为0.59、0.49和0.56,比原始数据提升了0.52、0.30和0.40;均方根误差分别为0.24、0.28和0.19,比原始数据减小了1.22、0.67和1.35。通过融合方法,阔叶林LAI和针叶林LAI的相关系数分别为0.83和0.76,比同化后数据的相关性更高;均方根误差分别为0.15和0.13,比同化后数据的误差更小。【结论】通过数据同化提升了3种LAI产品精度,融合后LAI较同化后单一LAI具有更高的精度和可靠性。 展开更多
关键词 叶面积指数(LAI) MODIS VIIRS PROBA-V 重建 集合卡尔曼滤波(enkf) 数据融合
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地下水位预测:集合卡尔曼滤波(EnKF)应用概述 被引量:8
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作者 沈晔 李海涛 +1 位作者 黎涛 李文鹏 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期21-24,共4页
以地下水数值模型为例,分析了集合卡尔曼滤波在进行数据融合时的基本原理和步骤。根据集合卡尔曼滤波的实际功能,并结合中国地下水监测的实际状况,分析了集合卡尔曼滤波在地下水位预测中的应用前景:认为在未来地下水位预报预警工作中,... 以地下水数值模型为例,分析了集合卡尔曼滤波在进行数据融合时的基本原理和步骤。根据集合卡尔曼滤波的实际功能,并结合中国地下水监测的实际状况,分析了集合卡尔曼滤波在地下水位预测中的应用前景:认为在未来地下水位预报预警工作中,利用集合卡尔曼滤波技术提高地下水位预测的准确性,具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 集合卡尔曼滤波(enkf) 地下水位 预测 数值模拟
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基于集合卡尔曼滤波的渤海水位低频波动数值模拟
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作者 李相豪 夏颖颖 宋德海 《海洋与湖沼》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1070-1081,共12页
风松弛导致亚潮尺度的水位低频波动是渤黄海秋冬季常见的海洋动力过程,这一过程的数值模拟要求模型空间范围要覆盖整个渤黄海区域甚至是整个东部陆架海区域。对于以渤海海峡为开边界的渤海模型,则由于风区过小无法再现这一过程。针对这... 风松弛导致亚潮尺度的水位低频波动是渤黄海秋冬季常见的海洋动力过程,这一过程的数值模拟要求模型空间范围要覆盖整个渤黄海区域甚至是整个东部陆架海区域。对于以渤海海峡为开边界的渤海模型,则由于风区过小无法再现这一过程。针对这一问题,本文在渤海模型上使用集合卡尔曼滤波(ensemble Kalman filter,ENKF)进行同化,成功再现了这一现象,并进一步分析了ENKF同化的作用及其影响因素。主要结论如下:渤海的水位低频波动与输入渤海的开边界水位有关,仅使用潮汐数据和风场数据无法准确地模拟出渤海水位的变化,然而通过ENKF同化则可以再现渤海内的水位低频波动,且同化效果优于两类不同开边界输入的结果。ENKF同化的准确性与集合数目以及观测数据采样位置有关。集合数目越多同化效果越强,但超过40个集合后,同化效果改善不明显。使用的观测数据应尽量均匀分布且要远离开边界。 展开更多
关键词 低频波动 数据同化 集合卡尔曼滤波 渤海 开边界
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黄土滑坡稳定性评价的集合卡尔曼滤波同化方法 被引量:1
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作者 王梦杨 魏冠军 高茂宁 《水土保持通报》 CSCD 北大核心 2024年第1期109-117,共9页
[目的]为提升区域滑坡稳定性评价模型的预测精度,解决传统滑坡稳定性分析基于静态的物理模型过度简化滑坡发生机理与力学机制,导致过度预测的缺点,以及模型参数通常具有的时空变异性、不确定性的问题。[方法]基于集合卡尔曼滤波的数据... [目的]为提升区域滑坡稳定性评价模型的预测精度,解决传统滑坡稳定性分析基于静态的物理模型过度简化滑坡发生机理与力学机制,导致过度预测的缺点,以及模型参数通常具有的时空变异性、不确定性的问题。[方法]基于集合卡尔曼滤波的数据同化方法,以甘肃省兰州市北环路周边区域为例,构建了基于TRIGRS模型和SBAS-InSAR观测数据的区域滑坡数据同化方案,对模型中的安全系数(Fs)进行同化,更新模型参数内摩擦角,进而修正滑坡稳定性,并利用均方根偏差(RMSD)检验同化值的精度。[结果]同化后研究区域滑坡安全系数明显高于模型预测的结果,不稳定区域的面积比例由12%降低至7%,与实际观测更为接近;试验使内摩擦角参数逐渐向观测值方向改正,实现了模型参数的动态更新;均方根偏差从0.33减小到0.04左右。[结论]基于集合卡尔曼滤波的数据同化方法有效修正了模型稳定性预测结果,可以更准确体现当前区域滑坡实际情况,具有更高的预测精度。 展开更多
关键词 滑坡 稳定性评价 数据同化 TRIGRS模型 集合卡尔曼滤波 SBAS-InSAR
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集合卡尔曼滤波同化探空资料的数值试验 被引量:8
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作者 朱琳 寿绍文 +1 位作者 彭加毅 张红华 《南京气象学院学报》 CSCD 北大核心 2008年第2期264-271,共8页
应用集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filter;EnKF)方法,同化了2005年7月一次暴雨过程的探空观测资料,并用非静力中尺度模式MM5进行数值模拟试验。结果表明:在理想模式的假设下,即假设真实模拟和所产生的集合用的是同一个模式并有相同... 应用集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filter;EnKF)方法,同化了2005年7月一次暴雨过程的探空观测资料,并用非静力中尺度模式MM5进行数值模拟试验。结果表明:在理想模式的假设下,即假设真实模拟和所产生的集合用的是同一个模式并有相同的初始误差,EnKF方法同化的分析结果较好。如果不运用EnKF方法同化探空观测资料,则集合预报结果和不加扰动的单个数值预报结果都没有EnKF方法同化过的好。 展开更多
关键词 集合卡尔曼滤波(enkf) 探空资料同化 数值模拟
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基于卡尔曼滤波递减平均算法的集合预报综合偏差订正 被引量:45
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作者 马旭林 时洋 +2 位作者 和杰 计燕霞 WANG Yong 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期952-964,共13页
针对集合预报存在的偏差和集合离散度通常偏小的问题,在卡尔曼滤波递减平均的一阶矩和二阶矩偏差订正方案的基础上发展了综合偏差订正方案,并利用B08RDP WWRP(The WWRP Beijing 2008 Olympics Research and Development Project)项目中... 针对集合预报存在的偏差和集合离散度通常偏小的问题,在卡尔曼滤波递减平均的一阶矩和二阶矩偏差订正方案的基础上发展了综合偏差订正方案,并利用B08RDP WWRP(The WWRP Beijing 2008 Olympics Research and Development Project)项目中日本气象厅(JMA)区域集合预报的850 hPa温度资料,将敏感性试验得到的一阶矩和二阶矩订正的最优权重系数应用于综合偏差订正方案,并对其订正效果进行多方面检验分析。试验结果表明,一阶矩订正可以有效减小集合平均偏差,集合平均预报质量得到了明显改善;二阶矩订正对集合离散度具有较强的调整能力,订正后的集合预报可靠性、区分不同天气事件的能力总体上得到了提高;综合偏差订正方案有效融合了一阶矩和二阶矩订正的优势,其各自的最优权重系数适用于综合偏差订正方案,对集合平均偏差和离散度具有良好的订正效果,能够改善集合预报的整体质量。但一阶矩与二阶矩订正对综合偏差订正的贡献程度随评分指标而异,一阶矩订正对等级概率(RPS)评分和异常值百分比评分的贡献分别为83.75%和18.83%,可信度的改善约83.98%源于二阶矩订正,而相对作用特征(ROC)评分中二者的贡献基本相当。 展开更多
关键词 数值天气预报 集合预报 综合偏差订正 卡尔曼滤波
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集合卡尔曼滤波同化多普勒雷达资料的数值试验 被引量:59
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作者 许小永 刘黎平 郑国光 《大气科学》 CSCD 北大核心 2006年第4期712-728,共17页
利用集合卡尔曼滤波(EnKF)在云数值模式中同化模拟多普勒雷达资料,并考察了不同条件下EnKF同化方法的性能。结果显示,经过几个同化周期后,EnKF分析结果非常接近真值。单多普勒雷达资料EnKF同化对雷达位置不太敏感,双雷达资料同化结果在... 利用集合卡尔曼滤波(EnKF)在云数值模式中同化模拟多普勒雷达资料,并考察了不同条件下EnKF同化方法的性能。结果显示,经过几个同化周期后,EnKF分析结果非常接近真值。单多普勒雷达资料EnKF同化对雷达位置不太敏感,双雷达资料同化结果在同化的初期阶段比单雷达资料同化结果准确。同化由反射率导出的雨水比直接同化反射率资料更有效,联合同化径向速度和雨水有利于提高同化分析效果。协方差对EnKF同化效果起着非常重要的作用,考虑模式全部预报变量与径向速度协方差的同化效果比仅考虑速度场与径向速度协方差的同化效果好。雷达资料缺值降低了同化效果,此时增加地面常规观测资料的同化可以明显提高同化分析效果。EnKF同化技术对雷达观测资料误差不太敏感。初始集合对同化分析有较大影响。EnKF同化受集合大小和观测资料影响半径。同化对模式误差较敏感。利用EnKF同化双多普勒雷达资料,分析了一次梅雨锋暴雨过程的中尺度结构。结果表明,EnKF同化技术能够从双多普勒雷达资料反演暴雨中尺度系统的动力场、热力场和微物理场,反演的风场是较准确的,反演的热力场和微物理场分布也是基本合理的。中低层切变线是此次暴雨的主要动力特征,对流云表现为低层辐合、高层辐散并有垂直上升运动伴随,其热力特征表现为低层是低压区,高层为高压区,中部为暖区而上、下部为冷区,水汽、云水和雨水分别集中在对流云体内、上升气流区和强回波区。 展开更多
关键词 多普勒雷达资料 集合卡尔曼滤波同化 均方根误差 中尺度结构
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风暴尺度天气下利用集合卡尔曼滤波模拟多普勒雷达资料同化试验Ⅰ. 不考虑模式误差的情形 被引量:37
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作者 兰伟仁 朱江 +2 位作者 Ming XUE Jidong GAO 雷霆 《大气科学》 CSCD 北大核心 2010年第3期640-652,共13页
本文在假定模式无偏差的情况下,利用一次风暴过程的模拟多普勒雷达资料进行一系列风暴天气尺度的集合卡尔曼滤波资料同化试验,检验集合卡尔曼滤波在风暴天气尺度资料同化方面的效果,并验证各集合卡尔曼滤波参数对同化效果的影响。试验... 本文在假定模式无偏差的情况下,利用一次风暴过程的模拟多普勒雷达资料进行一系列风暴天气尺度的集合卡尔曼滤波资料同化试验,检验集合卡尔曼滤波在风暴天气尺度资料同化方面的效果,并验证各集合卡尔曼滤波参数对同化效果的影响。试验结果表明,集合卡尔曼滤波能有效地应用于风暴尺度的资料同化;40个集合成员以及6km的局地化尺度能较好地滤除采样误差造成的虚假相关,同时可以将观测信息传递到无观测的模式格点;利用背景场加上空间平滑的高斯型随机扰动生成初始成员的方式较未经过平滑的方式有更好的分析效果;背景场扰动方法能够提高样本的离散度;只同化反射率的同化试验表明,反射率的同化效果较明显,也证明了集合卡尔曼滤波在非常规资料同化中的作用;增加径向风资料同化的效果优于只进行反射率同化的结果。 展开更多
关键词 风暴尺度 模拟多普勒雷达资料 集合卡尔曼滤波 敏感性试验
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基于集合卡尔曼滤波的湖泊富营养化模型Delft3D-BLOOM数据同化 被引量:6
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作者 刘卓 李志杰 +2 位作者 胡柳明 林育青 陈求稳 《湖泊科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期1070-1083,共14页
富营养化模型是进行湖泊水环境质量预测和管理的重要工具,然而模型客观存在的误差一直是应用者关心的重要问题.数据同化作为连接观测数据与数值模型的重要方法,可以有效提高模型的准确性.集合卡尔曼滤波(En KF)是众多数据同化算法中应... 富营养化模型是进行湖泊水环境质量预测和管理的重要工具,然而模型客观存在的误差一直是应用者关心的重要问题.数据同化作为连接观测数据与数值模型的重要方法,可以有效提高模型的准确性.集合卡尔曼滤波(En KF)是众多数据同化算法中应用最为广泛的一种,可进行非线性系统的数据同化,并能有效降低数据同化的计算量.本研究以太湖作为具体实例,选择Delft3D-BLOOM作为富营养化模型,在数值实验确定En KF集合数为100、观测误差方差为1%、模拟误差方差为10%的基础上分别进行模型状态变量同化以及状态变量与关键参数同步同化.结果显示,仅同化状态变量时,模型预测精度有所增加;同时同化状态变量和关键参数时,可显著提升模型在湖泊水环境质量预测中的精度.该研究为应用集合卡尔曼滤波以提高复杂的湖库富营养化模型模拟精度提供了有效的方法. 展开更多
关键词 集合卡尔曼滤波 富营养化模型 数据同化 湖泊 太湖
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基于VIC模型与集合卡尔曼滤波的土壤水分同化研究 被引量:8
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作者 米素娟 唐家奎 +2 位作者 张显峰 于新菊 郭强 《地理与地理信息科学》 CSCD 北大核心 2013年第1期91-95,共5页
基于可变下渗能力水文模型(Variable Infiltration Capacity,VIC)和集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filter,EnKF)算法发展了一种土壤表层水分的数据同化方案,并在新疆维吾尔自治区的森林、高盖草和低盖草3种植被覆盖类型地区进行试验... 基于可变下渗能力水文模型(Variable Infiltration Capacity,VIC)和集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filter,EnKF)算法发展了一种土壤表层水分的数据同化方案,并在新疆维吾尔自治区的森林、高盖草和低盖草3种植被覆盖类型地区进行试验。在同化过程中,有强降水存在时,3种植被覆盖类型的同化值均比实际测量值高;降水较少时,高盖草和低盖草两种类型的同化值比实际测量值略低,而在森林地区,同化值比实际测量值略高。总体上,该同化方案得到的结果比VIC模拟得到的结果更接近于实际测量值,取得较好同化效果。 展开更多
关键词 VIC模型 集合卡尔曼滤波 数据同化 土壤水分
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基于集合卡尔曼滤波的河网水情数据同化 被引量:6
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作者 陈一帆 程伟平 +1 位作者 钱镜林 徐庆华 《四川大学学报(工程科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期26-32,共7页
为解决河网非线性动态系统的数据同化问题,采用基于集合思想的集合卡尔曼滤波来实时校正河网水力模型状态变量,以提高河网水情仿真与预报的计算精度。集合卡尔曼滤波的关键在于状态初始集合的设置,作者采用Box Muller方法生成一组服从... 为解决河网非线性动态系统的数据同化问题,采用基于集合思想的集合卡尔曼滤波来实时校正河网水力模型状态变量,以提高河网水情仿真与预报的计算精度。集合卡尔曼滤波的关键在于状态初始集合的设置,作者采用Box Muller方法生成一组服从正态分布的随机集合,通过一个由14条河段组成的河网水力仿真算例系统分析了集合大小、集合标准差对数据同化效果的影响,并将得到的初步结论应用到实例计算中,获得了良好的数据同化效果。结果表明:集合卡尔曼滤波算法应用简便,适用范围广,能够有效地进行河网非线性动态系统的数据同化;在设置水位状态变量初始集合时,建议取集合规模50~100、标准差0.001~0.005 m。 展开更多
关键词 河网 数据同化 集合卡尔曼滤波
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集合卡尔曼平滑和集合卡尔曼滤波在污染源反演中的应用 被引量:35
16
作者 朱江 汪萍 《大气科学》 CSCD 北大核心 2006年第5期871-882,共12页
此文目的是讨论污染源反演问题的统计方法。基于Bayes估计理论,该文将资料同化中的集合平滑、集合卡尔曼平滑和集合卡尔曼滤波应用在污染源反演问题中。在详细给出污染源反演的集合平滑、集合卡尔曼平滑和集合卡尔曼滤波的严格数学表达... 此文目的是讨论污染源反演问题的统计方法。基于Bayes估计理论,该文将资料同化中的集合平滑、集合卡尔曼平滑和集合卡尔曼滤波应用在污染源反演问题中。在详细给出污染源反演的集合平滑、集合卡尔曼平滑和集合卡尔曼滤波的严格数学表达后,用一个简单的模型演示了集合卡尔曼平滑和集合卡尔曼滤波在污染源反演中的可行性,并且通过对比理想试验结果比较了集合卡尔曼平滑和集合卡尔曼滤波方法在反演污染源排放的效果,讨论了观测误差和污染源先验误差估计对反演结果的影响。试验结果表明在观测间隔小和观测误差小的情况下,集合卡尔曼滤波和集合卡尔曼平滑都可以有效地反演出随时间变化的污染源排放。当观测误差增大时,集合卡尔曼滤波和集合卡尔曼平滑的反演效果都有一定降低,但是反演误差的增加少于观测误差的增加,同时集合卡尔曼平滑(Ensemble Kalman smoother,简称EnKS)对观测误差比集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman fil-ter,简称EnKF)更为敏感。当观测时间间隔较大时,EnKF不能对没有观测时的污染源排放进行估计,仅能对有观测时的污染源排放进行较好的反演。而EnKS可以利用观测对观测时刻前的污染源排放进行反演,因此其效果明显好于EnKF,并且在观测时间间隔较大的情况下依然可以较好地反演出污染源排放。试验结果还显示污染源排放的先验误差估计对反演的结果有较大影响。 展开更多
关键词 集合卡尔曼平滑 集合卡尔曼滤波 空气质量 污染源 反演模拟 资料同化
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GRAPES集合卡尔曼滤波资料同化系统Ⅱ:区域分析及集合预报 被引量:11
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作者 庄照荣 薛纪善 李兴良 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第5期860-871,共12页
GRAPES集合卡尔曼滤波资料同化方法能够分批同化常规观测资料,GRAPES集合卡尔曼滤波同化系统的设计及其与GRAPES三维变分同化系统的对比试验结果表明,GRAPES集合卡尔曼滤波系统能够得到合理的分析,并且具有实际运行能力。在此基础上,进... GRAPES集合卡尔曼滤波资料同化方法能够分批同化常规观测资料,GRAPES集合卡尔曼滤波同化系统的设计及其与GRAPES三维变分同化系统的对比试验结果表明,GRAPES集合卡尔曼滤波系统能够得到合理的分析,并且具有实际运行能力。在此基础上,进行集合卡尔曼滤波区域同化分析及集合预报试验,对比区域模式面三维变分同化分析预报结果,研究表明,集合卡尔曼滤波分析比三维变分分析具有一定优势,降水预报更接近实况。考察了预报误差特征随天气形势的变化情况,表明预报误差相关场和均方差的分布随着天气形式不同而变化。 展开更多
关键词 集合卡尔曼滤波 集合预报 三维变分资料同化
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风暴尺度天气下利用集合卡尔曼滤波模拟多普勒雷达资料同化试验 Ⅱ.考虑模式误差的情形 被引量:29
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作者 兰伟仁 朱江 +2 位作者 Ming XUE 雷霆 Jidong GAO 《大气科学》 CSCD 北大核心 2010年第4期737-753,共17页
文章的第I部分(兰伟仁等,2010),利用模拟雷达资料在假定模式无误差的情况下进行了一系列的集合卡尔曼滤波(EnKF)敏感性试验,验证了EnKF方法在风暴尺度天气资料同化中的作用。本文继续探讨EnKF在有显著模式误差的情况下同化模拟多普勒雷... 文章的第I部分(兰伟仁等,2010),利用模拟雷达资料在假定模式无误差的情况下进行了一系列的集合卡尔曼滤波(EnKF)敏感性试验,验证了EnKF方法在风暴尺度天气资料同化中的作用。本文继续探讨EnKF在有显著模式误差的情况下同化模拟多普勒雷达资料的效果问题。试验中假定模式误差主要来源于微物理过程参数化的不确定性。结果表明:模式误差在不同程度上影响了EnKF分析的效果,对微物理量的影响尤其明显;在EnKF分析中,利用微物理过程参数化集合的方法来考虑模式误差,对速度场、位温场以及比湿场有较明显的正作用,但对于微物理量场分析效果较差;若包含控制试验的微物理过程参数化方案,则EnKF对所有变量都有正效果,随着同化循环次数的增加,分析结果更加合理;只考虑冰相过程的微物理过程参数化方案的集合,分析效果进一步提高。 展开更多
关键词 风暴尺度 模拟多普勒雷达资料 集合卡尔曼滤波 模式误差 敏感性试验
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GRAPES集合卡尔曼滤波资料同化系统Ⅰ:系统设计及初步试验 被引量:20
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作者 庄照荣 薛纪善 李兴良 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第4期620-630,共11页
集合卡尔曼滤波资料同化方法,可以用集合样本统计出随天气形势变化的误差协方差,是当前资料同化领域的研究热点。主要介绍了GRAPES集合卡尔曼滤波资料同化系统的设计以及初步的试验结果。针对集合卡尔曼滤波同化实际观测资料难以实施的... 集合卡尔曼滤波资料同化方法,可以用集合样本统计出随天气形势变化的误差协方差,是当前资料同化领域的研究热点。主要介绍了GRAPES集合卡尔曼滤波资料同化系统的设计以及初步的试验结果。针对集合卡尔曼滤波同化实际观测资料难以实施的问题,采用成批观测同化的顺序同化方法进行多变量的集合卡尔曼滤波同化;为了滤除有限集合数造成的误差相关噪音和缓解求逆矩阵不满秩的问题,在水平和垂直方向都采用了Schur滤波;建立了与GRAPES预报模式的垂直坐标和预报变量一致的模式面集合卡尔曼滤波系统;集合样本的生成考虑了模式变量的空间相关和模式变量之间的相关,通过利用三维变分分析中的控制变量变换得到模式变量扰动场。通过比较GRAPES集合卡尔曼滤波资料同化系统和GRAPES区域三维变分资料同化系统的单点观测资料同化分析结果,对比背景误差相关系数的分布,验证了GRAPES集合卡尔曼滤波系统的正确性。此外,同化区域探空观测资料试验结果表明,GRAPES集合卡尔曼滤波资料同化系统能够得到合理的分析,并且具有实际运行能力。对分析结果进行12h预报表明,GRAPES集合卡尔曼滤波资料同化系统的分析协调性不如三维变分资料同化系统。 展开更多
关键词 资料同化 集合卡尔曼滤波 背景误差协方差
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基于集合卡尔曼滤波的土壤水分同化变权实验研究 被引量:3
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作者 刘茜 王明玉 赵英时 《地理与地理信息科学》 CSSCI CSCD 北大核心 2010年第1期94-97,共4页
将集合预报成员不等权重思想与集合卡尔曼滤波(EnKF)同化方法相结合,利用集合成员的离散度作为权重因子,对EnKF算法优化后的集合成员采用不等权重取平均值,作为同化后的预报值。首先检验了集合离散度和预报误差的相关性,证明将集合离散... 将集合预报成员不等权重思想与集合卡尔曼滤波(EnKF)同化方法相结合,利用集合成员的离散度作为权重因子,对EnKF算法优化后的集合成员采用不等权重取平均值,作为同化后的预报值。首先检验了集合离散度和预报误差的相关性,证明将集合离散度作为权重因子的可靠性;利用一个水文过程模型(DHSVM)和实测数据进行了土壤水分的同化变权实验,对EnKF分析和更新后产生的土壤水分集合,分别采用算术平均和变权平均的方法,计算土壤水分预报结果并进行比较。实验表明,集合变权平均法可以进一步提高同化的预报效果。 展开更多
关键词 数据同化 集合预报 权重 enkf 土壤水分
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