基于动力学模态分解的200 hPa急流模态特征分析

作     者：高梅 曹小群 刘柏年 韩梓航 侯士成 阳国贵 GAO Mei;CAO Xiaoqun;LIU Bainian;HAN Zihang;HOU Shicheng;YANG Guogui

作者机构：国防科技大学信息通信学院湖北武汉430000 国防科技大学气象海洋学院湖南长沙410073 兰州大学大气科学学院甘肃兰州730000 国防科技大学计算机学院湖南长沙410073 

出 版 物：《大气科学学报》 (Transactions of Atmospheric Sciences)

年 卷 期：2020年第43卷第5期

页      面：824-833页

学科分类：07[理学] 0706[理学-大气科学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2018YFC1506704) 国家自然科学基金资助项目(41475094)。 

主　　题：高空急流 动力学模态分解 降阶模型 稳定性分析 多尺度分析 

摘      要：提出基于动力学模态分解(Dynamic Mode Decomposition,DMD)的大气运动数据分析方法,目的是改进对大气运动特征的认识。首先,采用DMD方法对200 hPa急流运动流场进行模态分析,从中得到了急流天气系统运动变化过程中的主要模态和对应频率以及模态随时间衰减/增长等信息。这些模态是对流场演化特征的低维描述,反映了蕴含在流场中的动力学特征,可用于实现高维复杂流场的低维近似表示。其次,建立了200 hPa急流运动流场演化的动力学降阶模型,能够重构和预测急流运动流场的动态发展过程。结果表明:通过对前6阶主要模态所包含的流场信息进行对比分析,DMD方法成功捕捉到了200 hPa急流运动流场不同尺度的流动结构,直观地显示了不同频率流场之间的差别,表明了DMD方法在对复杂大气动力学系统进行模态分解时的优势。通过不同时刻,模态叠加的重构流场与真实流场的直观比较,表明DMD方法只由前面6阶模态就能基本包含原始流场的流动信息,从而实现流场的准确重构。