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条件非线性最优扰动方法在适应性观测研究中的初步应用 被引量:37
1
作者 穆穆 王洪利 周菲凡 《大气科学》 CSCD 北大核心 2007年第6期1102-1112,共11页
针对适应性观测中敏感性区域的确定问题,考虑初始误差对预报结果的影响,比较了条件非线性最优扰动(CNOP)与第一线性奇异向量(FSV)在两个降水个例中的空间结构的差异,考察了它们总能量范数随时间发展演变的异同。结合敏感性试验的分析,... 针对适应性观测中敏感性区域的确定问题,考虑初始误差对预报结果的影响,比较了条件非线性最优扰动(CNOP)与第一线性奇异向量(FSV)在两个降水个例中的空间结构的差异,考察了它们总能量范数随时间发展演变的异同。结合敏感性试验的分析,揭示了预报结果对CNOP类型的初始误差的敏感性要大于对FSV类型的初始误差的敏感性,因而减少初值中CNOP类型误差的振幅比减少FSV类型的收益要大。这一结果表明可以把CNOP方法应用于适应性观测来识别大气的敏感区。关于将CNOP方法有效地应用于适应性观测所面临的挑战及需要采取的对策等也进行了讨论。 展开更多
关键词 适应性观测 敏感性区域 条件非线性最优扰动 第一奇异向量
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一类具非线性边值条件的双参数奇摄动问题 被引量:14
2
作者 吴有萍 姚静荪 庄红艳 《高校应用数学学报(A辑)》 CSCD 北大核心 2011年第3期288-294,共7页
运用合成展开法,构造了一类具非线性边值条件的双参数奇摄动问题的形式渐近解,并利用微分不等式理论,证明了该问题解的存在性和渐近解的一致有效性.
关键词 奇摄动 双参数 非线性边值条件
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基于遗传算法的改性渣土非线性本构模型参数识别 被引量:7
3
作者 上官子昌 李守巨 +2 位作者 孙伟 栾茂田 刘博 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期915-917,共3页
根据渣土三轴压缩实验观测数据,建立了基于遗传算法的改性渣土非线性本构模型参数反演方法。以三维有限元模拟的应变值与三轴压缩实验观测应变数据残差平方和最小为参数反演的目标函数。为解决简单遗传算法的早熟和收敛速度慢等问题,采... 根据渣土三轴压缩实验观测数据,建立了基于遗传算法的改性渣土非线性本构模型参数反演方法。以三维有限元模拟的应变值与三轴压缩实验观测应变数据残差平方和最小为参数反演的目标函数。为解决简单遗传算法的早熟和收敛速度慢等问题,采用了浮点编码模式和基于排序的选择策略;提出了针对参数识别反问题的罚函数形式。实际应用结果表明,所提出的参数反演方法具有较快的收敛速度;预测的模型变形与实验观测值具有较高的拟合精度。 展开更多
关键词 遗传算法 改性渣土 非线性本构模型 参数反演 全局最优
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基于CNOP方法的台风目标观测中三种敏感区确定方案的比较研究 被引量:14
4
作者 周菲凡 张贺 《大气科学》 CSCD 北大核心 2014年第2期261-272,共12页
在目标观测中,敏感区的确定是个关键性的问题。本文详细研究了如何用条件非线性最优扰动(CNOP)方法确定敏感区。提出了三种确定敏感区的方案:水平投影方案、单点能量投影方案以及垂直积分能量方案。比较了三种方案确定的敏感区的差异,... 在目标观测中,敏感区的确定是个关键性的问题。本文详细研究了如何用条件非线性最优扰动(CNOP)方法确定敏感区。提出了三种确定敏感区的方案:水平投影方案、单点能量投影方案以及垂直积分能量方案。比较了三种方案确定的敏感区的差异,分析了它们所阐释的物理意义,讨论了它们的优缺点,并通过理想回报试验考查了不同方案确定的敏感区的有效性。对六个台风个例的应用结果显示,单点能量投影方案与垂直积分能量方案下识别的敏感区较为相似,二者与水平投影方案确定的敏感区则有较大的区别。两种能量方案确定的敏感区更多地反映了环境场对台风的影响,而水平投影方案则反映了台风自身对流不对称性结构对台风发展变化的影响。理想回报试验结果表明,由两种能量方案确定的敏感区对预报误差能量的减小程度以及路径预报的改善程度都要大于水平投影方案确定的敏感区的效果,且垂直积分能量方案确定的敏感区的有效性最高。而在强度预报方面,三种方案对预报效果的改善程度相当。因此,总的说在台风目标观测研究中,利用CNOP方法确定敏感区时,垂直积分能量方案是较佳的方案。 展开更多
关键词 条件非线性最优扰动(CNOP) 台风目标观测 敏感区
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条件非线性最优扰动法在大气与海洋目标观测研究中的应用 被引量:3
5
作者 穆穆 王强 +1 位作者 段晚锁 姜智娜 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期1001-1011,共11页
对近年来用条件非线性最优扰动法研究大气与海洋目标观测问题的部分工作进行了总结,主要涉及厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)事件、黑潮路径变异事件以及阻塞事件。通过研究这些事件发生的最优前期征兆(OPR)和最快增长初始误差(OGE),发现这些... 对近年来用条件非线性最优扰动法研究大气与海洋目标观测问题的部分工作进行了总结,主要涉及厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)事件、黑潮路径变异事件以及阻塞事件。通过研究这些事件发生的最优前期征兆(OPR)和最快增长初始误差(OGE),发现这些事件的最优前期征兆和最快增长初始误差分别具有空间的高度相似性及其伴随的局地性特征。理想回报试验表明,如果在ENSO事件和黑潮路径变异事件的最快增长初始误差和最优前期征兆所确定的扰动大值区减小初始场误差,上述事件的预报技巧会大幅度提高;最优前期征兆和最快增长初始误差的空间相似性使得在同一敏感区域增加额外观测,不仅有助于捕捉上述异常事件的前期信号,还可以有效减小初始误差,从而提高对该事件的预报技巧。阻塞事件爆发的最优前期征兆和最快增长初始误差的空间相似性和局地性特征在其目标观测研究中的应用,应该是深入研究的课题。 展开更多
关键词 条件非线性最优扰动 目标观测 厄尔尼诺-南方涛动 黑潮路径变异 阻塞
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基于模态参数考虑边界条件变异的桥梁结构损伤识别 被引量:7
6
作者 施洲 赵人达 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第2期191-196,241,共6页
根据桥梁结构的实际工程特性,分析其边界条件变异、结构损伤及其参数变化,采用约束优化理论,建立以实测和理论模态参数误差平方和最小为目标函数的优化反演问题。基于矩阵摄动理论引入与结构动力方程对应的特征值和特征向量的一阶、二... 根据桥梁结构的实际工程特性,分析其边界条件变异、结构损伤及其参数变化,采用约束优化理论,建立以实测和理论模态参数误差平方和最小为目标函数的优化反演问题。基于矩阵摄动理论引入与结构动力方程对应的特征值和特征向量的一阶、二阶摄动量,将优化反演问题简化为非线性最小二乘法优化反演问题。针对桥梁结构边界条件对模态参数影响显著的实际情况,实施桥梁结构边界条件预识别,采用单元模态应变能方法预定位损伤,提出考虑边界条件变异的桥梁结构损伤识别具体流程。以一磁浮轨道梁方案为例,采用数值模拟进行边界条件变异及损伤的识别验证,结果表明:该方法能够有效识别边界条件的变异及构件损伤,识别参数的相对误差最大为12.48%,具有较高的识别精度。 展开更多
关键词 约束优化 矩阵摄动 模态参数 边界条件 损伤识别
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条件非线性最优扰动方法在台风“风神”和“凤凰”相互作用过程中的应用研究 被引量:4
7
作者 王晓雷 周菲凡 朱克云 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2013年第2期235-244,共10页
利用条件非线性最优扰动(CNOP)方法,对2002年发生在西太平洋上的台风"风神"和"凤凰"之间的相互作用进行研究。CNOP方法可揭示出"风神"对"凤凰"单向引导作用的过程,表现为若将"凤凰"... 利用条件非线性最优扰动(CNOP)方法,对2002年发生在西太平洋上的台风"风神"和"凤凰"之间的相互作用进行研究。CNOP方法可揭示出"风神"对"凤凰"单向引导作用的过程,表现为若将"凤凰"所在区域作为验证区域,用CNOP方法识别的敏感区主要位于"风神"所在区域,呈现出环绕"风神"的半环状结构;若将"风神"所在区域作为验证区域,则CNOP方法所识别的敏感区主要位于"风神"与副高交界的地方,远离"凤凰"所在的区域,可见,"风神"主要受副高的影响。敏感性试验表明,CNOP所识别的敏感区内误差的发展要大于台风中心周围区域内初始误差的发展,且在全场误差的发展中占有较大的比重,说明CNOP所识别的敏感区对验证区域的预报有较大的影响。 展开更多
关键词 条件非线性最优扰动 双台风 相互作用 敏感区 预报
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基于一类非线性Lagrange函数的对偶问题 被引量:2
8
作者 任咏红 肖现涛 +1 位作者 金丽 张立卫 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期620-624,共5页
基于一类非线性Lagrange函数提出不等式约束优化问题的一类对偶问题,证明了在Jacobian惟一条件下,对偶问题的最优解处二阶充分性条件是成立的,因此对偶解处满足二阶增长条件.非线性Lagrange函数的鞍点存在是原始问题与对偶问题无对偶间... 基于一类非线性Lagrange函数提出不等式约束优化问题的一类对偶问题,证明了在Jacobian惟一条件下,对偶问题的最优解处二阶充分性条件是成立的,因此对偶解处满足二阶增长条件.非线性Lagrange函数的鞍点存在是原始问题与对偶问题无对偶间隙的充分条件,给出了鞍点条件的等价条件,并且给出了用扰动函数来刻画的鞍点存在的一个充分条件. 展开更多
关键词 LAGRANGE对偶 非线性LAGRANGE函数 鞍点 最优性条件 扰动函数
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模式含有开关时遗传算法求解条件非线性最优扰动的有效性研究 被引量:5
9
作者 方昌銮 郑琴 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2009年第3期366-372,共7页
在基于条件非线性最优扰动(CNOP)的台风适应性观测研究中,针对预报模式的湿物理参数化产生的"on-off"开关导致传统伴随方法不能为最优化过程提供正确梯度这一现象,将模式含有"on-off"开关时求解CNOP的问题视为非光... 在基于条件非线性最优扰动(CNOP)的台风适应性观测研究中,针对预报模式的湿物理参数化产生的"on-off"开关导致传统伴随方法不能为最优化过程提供正确梯度这一现象,将模式含有"on-off"开关时求解CNOP的问题视为非光滑最优化问题,引入遗传算法,在给出详细的算法流程后,以一个在强迫项中含"on-off"开关的理想模式,分析了"on-off"开关对求解CNOP的影响,三个数值试验检验了模式含有"on-off"开关时遗传算法求解CNOP的有效性,并分析了不同初始种群对最优化结果的影响。结果显示,所采用的含有"on-off"开关的理想模式下,遗传算法能有效求解CNOP,最后对遗传算法求解CNOP的优缺点进行了详细讨论。 展开更多
关键词 天气预报 台风适应性观测 遗传算法 条件非线性最优扰动 开关 湿物理参数化
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极小扰动约束非线性规划的最优性条件 被引量:2
10
作者 周轩伟 胡毓达 《高校应用数学学报(A辑)》 CSCD 北大核心 2003年第3期335-340,共6页
考虑当目标函数在约束条件下的最优值作扰动时,使各约束作极小扰动的非线性规划问题.文中引进了极小扰动约束规划的极小扰动有效解概念.利用把问题归为一个相应的多目标规划问题,给出了极小扰动约束有效解的最优性条件.
关键词 非线性规划 极小扰动约束 有效解 最优性条件
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伴随敏感性方法、第一奇异向量方法以及条件非线性最优扰动方法在台风目标观测敏感区识别中的比较研究 被引量:1
11
作者 周菲凡 叶一苇 +1 位作者 段晚锁 张贺 《大气科学》 CSCD 北大核心 2022年第3期677-690,共14页
本文通过深入分析伴随敏感性(ADS)方法、第一奇异向量(LSV)方法、以及条件非线性最优扰动(CNOP)方法在目标观测敏感区识别方面的原理,提出了非线性程度的概念和计算方法,考察了转向型和直线型台风的非线性程度,分析了上述三种方法在不... 本文通过深入分析伴随敏感性(ADS)方法、第一奇异向量(LSV)方法、以及条件非线性最优扰动(CNOP)方法在目标观测敏感区识别方面的原理,提出了非线性程度的概念和计算方法,考察了转向型和直线型台风的非线性程度,分析了上述三种方法在不同非线性程度下识别的敏感区的异同,同时对比了转向型和直线型台风的敏感区的差异,并通过敏感性试验探讨了在不同非线性程度下以及在转向型与直线型台风中,预报对敏感区内初值的敏感性程度,进而探讨台风目标观测在不同情况下的有效性。结果表明,转向型台风的非线性程度差别比较大,或者特别强,或者特别弱;而直线型台风非线性程度居中,不同台风个例之间的非线性程度差别较小。对于非线性较弱的台风,三种方法识别的敏感区较为相似,而对于非线性较强的台风,LSV方法与ADS方法识别的敏感区较为相似,但是与CNOP方法识别的敏感区具有较大的差别。对于转向型台风,敏感区主要位于行进路径的右前方,而对于直线型台风,敏感区主要位于初始台风位置的后方。敏感性试验表明,不论台风非线性强弱,转向还是直行,CNOP敏感区内的随机扰动发展最大,而LSV敏感区内叠加的随机扰动发展次之,ADS敏感区内叠加的扰动发展最小;此外,非线性弱的台风,扰动的发展大于非线性强的台风的扰动的发展,表明非线性弱的台风预报受初值影响更大,目标观测的效果可能会更明显。 展开更多
关键词 伴随敏感性 第一奇异向量 条件非线性最优扰动 非线性程度 敏感区 台风
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模式参数的不确定性对日本南部黑潮大弯曲路径预报的影响 被引量:1
12
作者 张培军 王强 《海洋科学》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期106-113,共8页
基于1.5层浅水方程模式,利用条件非线性最优参数扰动(CNOP-P)方法,研究模式参数的不确定性对黑潮大弯曲路径预报的影响。研究表明,单个模式参数误差如侧向摩擦系数误差、界面摩擦系数误差以及在不同季节具有不同约束的风应力大小误差,... 基于1.5层浅水方程模式,利用条件非线性最优参数扰动(CNOP-P)方法,研究模式参数的不确定性对黑潮大弯曲路径预报的影响。研究表明,单个模式参数误差如侧向摩擦系数误差、界面摩擦系数误差以及在不同季节具有不同约束的风应力大小误差,对黑潮大弯曲路径预报的影响较小,并且对背景流场的选取具有一定的敏感性;所有模式参数误差同时存在时对黑潮大弯曲路径预报具有一定的影响,并且预报结果在9个月左右不能被接受。因此,要提高黑潮大弯曲路径的预报技巧,模式中的参数需要给出更好的估计。 展开更多
关键词 黑潮大弯曲路径预报 条件非线性最优参数扰动 模式参数误差
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几种约束优化算法求解含“开关”过程的条件非线性最优扰动的比较 被引量:1
13
作者 郑琴 叶飞辉 +1 位作者 沙建新 李能海 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2017年第2期273-279,共7页
求解条件非线性最优扰动(Conditional Nonlinear Optimal Perturbation,CNOP)属约束最优化问题,一般采用基于伴随模式提供梯度信息的约束优化算法(简称ADJ)进行求解。当优化问题涉及不连续的"开关"过程时,传统优化算法的寻优... 求解条件非线性最优扰动(Conditional Nonlinear Optimal Perturbation,CNOP)属约束最优化问题,一般采用基于伴随模式提供梯度信息的约束优化算法(简称ADJ)进行求解。当优化问题涉及不连续的"开关"过程时,传统优化算法的寻优能力会受到较大的影响。近年来遗传算法(Genetic Algorithm,GA)因其在非光滑优化问题中的鲁棒性备受关注,但GA的性能不仅与优化问题有关,还取决于遗传算子的配置。本文将一种新的约束GA(GA1)用于求解CNOP,并对GA1,ADJ及具有不同遗传算子配置的约束GA(GA2)求解含"开关"过程的CNOP时的性能进行了比较。数值试验结果显示,GA1和GA2的全局寻优能力明显优于ADJ,后者易于陷入局部最优;对于不同的初猜值(不同的初始种群),GA1求解的CNOP能够保持一个较为一致的空间结构,ADJ求解的CNOP呈现了明显的两种结构,一种代表的是全局CNOP,一种是局部CNOP。通过验证不同遗传策略对优化结果的影响发现,对不同的优化问题,采用合适的遗传策略以及合适的参数设置是获取更好优化结果的一种有效途径。 展开更多
关键词 遗传算法 条件非线性最优 扰动 “开关”过程
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条件非线性最优扰动的最大值原理
14
作者 刘永明 《华东师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期131-134,共4页
在非线性系统(发展方程及常微分方程)中初始数据的扰动对系统以后某固定时刻T的状态的影响是一个重要的研究课题.本文研究非线性系统在初始数据在一定的范围(称为初始扰动域)内作有限幅度的扰动时,在时刻T对状态扰动的幅度达到最大的问... 在非线性系统(发展方程及常微分方程)中初始数据的扰动对系统以后某固定时刻T的状态的影响是一个重要的研究课题.本文研究非线性系统在初始数据在一定的范围(称为初始扰动域)内作有限幅度的扰动时,在时刻T对状态扰动的幅度达到最大的问题.通过考虑反向时间的问题及假设解对初始数据的连续依赖性,证明了若在时刻T状态扰动的幅度达到最大,则初始数据位于初始扰动域的边界上,这个结果的重要意义在于可以减少数值求解扰动幅度最大问题的计算量. 展开更多
关键词 变分法 条件非线性最优扰动 最大值原理
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草原生态系统模式中参数不确定性导致的模拟结果不确定性研究 被引量:3
15
作者 谢东东 孙国栋 +1 位作者 邵爱梅 穆穆 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2013年第3期375-386,共12页
基于五变量草原生态系统理论模式,应用与参数有关的条件非线性最优扰动(CNOP-P)方法,探讨了由参数不确定性导致的草原生态系统模式模拟结果的不确定性问题。参数的不确定性可能来源于观测和(或)对物理过程描述等的不确定性。选取了五变... 基于五变量草原生态系统理论模式,应用与参数有关的条件非线性最优扰动(CNOP-P)方法,探讨了由参数不确定性导致的草原生态系统模式模拟结果的不确定性问题。参数的不确定性可能来源于观测和(或)对物理过程描述等的不确定性。选取了五变量草原生态系统模式中具有物理意义的32个模式参数进行数值试验。试验结果表明,对所考察的32个模式参数,在一定的不确定性和给定的优化时刻范围内,单独优化每个参数所得CNOP-Ps的联合模态与同时优化32个参数所得CNOP-P的模态并不相同。比较了上述两类参数误差以及随机参数误差对草原生态系统模拟的差异。随机参数误差与上述优化方法所得参数误差的不确定性范围大小相同。数值结果表明,同时优化32个参数所得CNOP-P类型参数误差使得草原生态系统模拟的不确定性程度最大。这种影响表现在使得草原生态系统转变为沙漠生态系统,或者使得草原生态系统转变为具有更多生草量的草原生态系统。上述数值结果不依赖于优化时间和参数不确定性程度的大小。这些数值结果建议我们应当考虑多参数的非线性相互作用来研究草原生态系统模式模拟的不确定性问题,并且揭示出CNOP-P方法是讨论上述问题的一个有用的工具。 展开更多
关键词 参数不确定性 草原生态系统 模拟结果不确定性 条件非线性最优扰动
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改进的粒子群算法在求解条件非线性最优扰动的应用 被引量:2
16
作者 叶飞辉 张露 +1 位作者 巩向武 郑琴 《江南大学学报(自然科学版)》 CAS 2011年第4期468-472,共5页
通过对影响粒子群算法性能的两个关键因素进行改进,将一种改进的粒子群算法应用于条件非线性最优扰动(CNOP)的求解中,并与传统的基于梯度下降算法进行比较。比较数值结果显示,在非光滑情形下,传统的基于伴随模式提供梯度信息的SPG2求解... 通过对影响粒子群算法性能的两个关键因素进行改进,将一种改进的粒子群算法应用于条件非线性最优扰动(CNOP)的求解中,并与传统的基于梯度下降算法进行比较。比较数值结果显示,在非光滑情形下,传统的基于伴随模式提供梯度信息的SPG2求解出的CNOP绝大部分是局部的,只有少数是全局的。而改进的粒子群算法则在200次数值实验中均能够较好地求解出全局CNOP。 展开更多
关键词 粒子群算法 条件非线性最优扰动 非光滑
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日本南部黑潮路径发生弯曲的最优前期征兆及其发展机制 被引量:1
17
作者 徐强强 王强 马利斌 《海洋科学》 CAS CSCD 北大核心 2013年第12期52-61,共10页
基于正压出入流模式,利用条件非线性最优扰动(CNOP)方法研究初始异常的位置与模态对日本南部黑潮路径变异的影响。以模式模拟出的黑潮平直路径的平衡态作为参考态,计算CNOP,考察该扰动随时间的发展,并与随机扰动的发展进行对比。结果表... 基于正压出入流模式,利用条件非线性最优扰动(CNOP)方法研究初始异常的位置与模态对日本南部黑潮路径变异的影响。以模式模拟出的黑潮平直路径的平衡态作为参考态,计算CNOP,考察该扰动随时间的发展,并与随机扰动的发展进行对比。结果表明,CNOP能够导致黑潮弯曲路径发生,随机扰动则不能。因此,CNOP可以作为导致日本南部黑潮路径发生弯曲的一种最优前期征兆。通过分析CNOP和随机扰动的发展过程,可以得出:(1)CNOP使黑潮发展成弯曲路径的过程是一个气旋涡向下游传播并增长的过程。(2)气旋涡的向东传播都是非线性项的作用,也就是涡度平流造成的。(3)CNOP和随机扰动发展过程中所产生的气旋涡均会传播到下游区域,但是CNOP产生的气旋涡能够增强,最终导致弯曲路径发生,而随机扰动产生的气旋涡则会减弱,并不能导致弯曲路径发生。分析发现,在CNOP实验中,非线性作用使气旋涡增大;但在随机扰动实验中,非线性作用使气旋涡减弱,所以非线性作用对日本南部黑潮路径发生弯曲有重要影响。(4)底摩擦效应对日本南部黑潮路径变异影响较小。本文揭示的黑潮路径发生弯曲的最优前期征兆及其非线性发展机制,对提高黑潮路径变异的预报技巧具有重要意义。 展开更多
关键词 黑潮路径 条件非线性最优扰动(CNOP) 前期征兆 正压出入流模式
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初始扰动振幅和集合样本数对CNOPs集合预报的影响 被引量:5
18
作者 汪叶 段晚锁 《大气科学》 CSCD 北大核心 2019年第4期915-929,共15页
初始扰动振幅的大小和集合样本数对于集合预报取得更高预报技巧具有重要意义。本文将正交条件非线性最优扰动方法(orthogonal conditional nonlinear optimal perturbations,简称CNOPs)应用于概念模型Lorenz-96模式探讨了初始扰动振幅... 初始扰动振幅的大小和集合样本数对于集合预报取得更高预报技巧具有重要意义。本文将正交条件非线性最优扰动方法(orthogonal conditional nonlinear optimal perturbations,简称CNOPs)应用于概念模型Lorenz-96模式探讨了初始扰动振幅和集合样本数对集合预报技巧的影响,从而为使用更复杂模式进行集合预报提供指导。结果表明,由于CNOPs扮演了非线性系统中的最优初始扰动,从而使得当初始扰动振幅小于初始分析误差的大小时,CNOPs集合预报获得更高的预报技巧,并且CNOPs集合预报的最高预报技巧总是高于奇异向量法(singular vectors,简称SVs)集合预报的最高预报技巧。结果还表明,CNOPs集合预报倾向于具有一个合适的样本数时,达到最高技巧。更好的集合离散度--预报误差关系和更为平坦的Talagrand图(Talagrand diagram)进一步证明了CNOPs集合预报系统的可靠性,从而夯实了上述结果的合理性。因此,针对CNOPs集合预报,本文认为采用一个适当小于初始分析误差的初始扰动振幅和一个合适的集合样本数,有利于CNOPs集合预报达到最高预报技巧。 展开更多
关键词 集合预报 初始误差 条件非线性最优扰动 集合样本数
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广州“5.7”暴雨预报的模式不确定性研究 被引量:3
19
作者 陈黛雅 沈学顺 霍振华 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期58-78,共21页
2017年5月7日,在弱天气尺度强迫下,广州发生了暖区特大暴雨,局地发展迅速,降水强度极端,多家业务模式出现了漏报情况。为了探究此次降水过程模式预报的不确定性,采用条件非线性最优参数扰动(Conditional Nonlinear Optimal Perturbation... 2017年5月7日,在弱天气尺度强迫下,广州发生了暖区特大暴雨,局地发展迅速,降水强度极端,多家业务模式出现了漏报情况。为了探究此次降水过程模式预报的不确定性,采用条件非线性最优参数扰动(Conditional Nonlinear Optimal Perturbation related to Parameters,CNOP-P)方法筛选出最能体现中小尺度系统非线性误差增长特征的关键物理参数,以此构造CNOP-P-RP模式扰动方案,并基于CMA-Meso模式进行对流尺度集合预报试验,最后探究了CNOP-P关键参数影响局地对流发生、发展不同阶段的物理机理。结果显示,不同降水阶段的CNOP-P敏感参数主要与垂直扩散、云雨自动转换或其他水成物向雨滴的转换有关。与业务上常用的随机物理倾向扰动(Stochastically Perturbed Parameterization Tendencies,SPPT)方案相比,在本次降水过程中,基于CNOP-P-RP方案构造的集合预报试验具有更高的降水和地面要素的概率预报技巧,集合预报系统可靠性也占优。进一步分析发现,垂直扩散不确定性导致的山前温度梯度和地面冷池的变化在对流触发和暴雨发展中起重要作用。7日00—04时(北京时,下同),花都强降水中心附近垂直扩散的增强使热量、动量和水汽的垂直输送加强,由此造成的雪、霰粒子融化增多是降水量增大的主要原因,说明该阶段雨滴的形成虽以云水的凝结碰并为主,但冰相粒子的作用不容忽视;7日04—08时,随着水汽输送和上升运动增强,更活跃的暖雨过程主导了增城强降水中心降水量的增大。该研究初步证明CNOP-P-RP方案在刻画对流尺度模式不确定性方面的可行性,可为华南暖区暴雨预报的改进提供一定参考。 展开更多
关键词 条件非线性最优参数扰动 模式不确定性 CMA模式 对流尺度集合预报
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初始误差对双环流变异可预报性的影响 被引量:1
20
作者 张坤 穆穆 王强 《海洋科学》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期120-128,共9页
使用球坐标下1.5层约化重力浅水模式模拟海洋风生双环流,结果显示双环流射流存在拉伸模态和收缩模态间的年际变化。以双环流从拉伸模态向收缩模态的转变过程为背景场,利用条件非线性最优扰动(CNOP)方法,考察初始误差对双环流变异可预报... 使用球坐标下1.5层约化重力浅水模式模拟海洋风生双环流,结果显示双环流射流存在拉伸模态和收缩模态间的年际变化。以双环流从拉伸模态向收缩模态的转变过程为背景场,利用条件非线性最优扰动(CNOP)方法,考察初始误差对双环流变异可预报性的影响,得到两类初始误差:全局CNOP型和局部CNOP(LCNOP)型,两类初始误差对双环流变异的影响几乎相反。通过考察误差发展,发现在射流从拉伸模态向收缩模态转变过程中,CNOP型初始误差使射流弯曲程度变大,并在预报时刻导致涡脱落;而LCNOP型初始误差则使射流弯曲程度变小。相比LCNOP,CNOP型初始误差引起更大预报误差,导致双环流变异的预报技巧下降更多。两类误差得到较大发展的区域可能存在正压不稳定,使误差能够不断从背景场吸收能量进而得到快速发展。给出了两类使双环流变异预报技巧下降最大的初始误差,在实际的数值预报中减少这两种类型的误差,将有助于提高双环流变异的预报技巧。 展开更多
关键词 双环流变异 条件非线性最优扰动(CNOP) 可预报性
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