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Application of altimetry data assimilation on mesoscale eddies simulation

Science China Earth Sciences 2008年第1期51卷 142-151页

作者： GAO Shan WANG Fan LI MingKui CHEN YongLi YAN ChangXiang ZHU Jiang Institute of Oceanology Chinese Academy of SciencesQingdao 266071China Institute of Atmospheric Physics Chinese Academy of SciencesBeijing 100029China

Mesoscale eddy plays an important role in the ocean circulation. In order to improve the simulation accuracy of the mesoscale eddies, a three-dimensional variation (3DVAR) data assimilation system called Ocean Variational Analysis System (ovals) is coupled with a POM model to simulate the mesoscale eddies in the Northwest Pacific Ocean. In this system, the sea surface height anomaly (SSHA) data by satellite altimeters are assimilated and translated into pseudo temperature and salinity (T-S) profile data. Then, these profile data are taken as observation data to be assimilated again and produce the three-dimensional analysis T-S field. According to the characteristics of mesoscale eddy, the most appropriate assimilation parameters are set up and testified in this system. A ten years mesoscale eddies simulation and comparison experiment is made, which includes two schemes: assimilation and non-assimilation. The results of comparison between two schemes and the observation show that the simulation accuracy of the assimilation scheme is much better than that of non-assimilation, which verified that the altimetry data assimilation method can improve the simulation accuracy of the mesoscale dramatically and indicates that it is possible to use this system on the forecast of mesoscale eddies in the future.

关键词： mesoscale eddies altimetry data assimilation ovals

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中尺度涡的高度计资料同化模拟

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中国科学（D辑） 2007年第12期37卷 1669-1678页

作者：高山王凡李明悝陈永利闫长香朱江中国科学院海洋研究所青岛266071 中国科学院大气物理研究所北京100029

中尺度涡在大洋环流中有着重要的作用.为检验高度计资料同化应用于中尺度涡模拟的效果,提高环流模式对中尺度涡模拟的精度,使用三维变分的ovals同化系统结合POM模式进行了中尺度涡同化模拟实验.该系统将卫星高度计资料同化反演成为温盐... 详细信息

中尺度涡在大洋环流中有着重要的作用.为检验高度计资料同化应用于中尺度涡模拟的效果,提高环流模式对中尺度涡模拟的精度,使用三维变分的ovals同化系统结合POM模式进行了中尺度涡同化模拟实验.该系统将卫星高度计资料同化反演成为温盐伪观测数据,然后再次进行常规温盐同化,得到温盐分析场.根据中尺度涡现象的物理特性,经过对比检验,对系统中的同化参数作了合理设置.使用T/P和ERS1/2的10a卫星高度计的海表高度异常资料,分别用同化与非同化两种方案对西北太平洋的中尺度涡进行对比模拟实验.将实验结果与观测数据的比较表明,加入高度计资料同化的模拟结果远远好于未使用同化的模拟结果.说明高度计反演温盐场的同化方法用于对于模拟中尺度涡现象是非常有效的.

关键词：中尺度涡高度计同化 ovals

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海洋资料变分同化系统优化及并行实现

海洋资料变分同化系统优化及并行实现

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作者：卢风顺国防科学技术大学

学位级别：硕士

海洋数值预报技术的发展与高性能计算密切相关。高性能计算技术的发展推动海洋预报方法的不断创新以及预报分辨率和预报精确度的逐步提高。ovals是中国科学院大气物理研究所开发的海洋资料同化系统,采用三维变分方法同化各种温盐观测资... 详细信息

海洋数值预报技术的发展与高性能计算密切相关。高性能计算技术的发展推动海洋预报方法的不断创新以及预报分辨率和预报精确度的逐步提高。ovals是中国科学院大气物理研究所开发的海洋资料同化系统,采用三维变分方法同化各种温盐观测资料,为ENSO(El Nino Southern Oscillation)预报系统提供初始场。为了充分利用高性能并行计算机的计算性能,提高ovals系统的预报时效性,本文从串行程序性能优化和并行化两方面展开研究工作。在深入研究各种优化技术和ovals系统原理的基础上,本文利用性能分析工具TAU对ovals系统的计算性能进行了分析,发现了程序的计算热点及性能瓶颈,并利用循环优化、高效数学库等优化技术对它们进行了优化;针对ovals系统I/O方面的不足,本文通过消除冗余I/O操作、创建缓冲、转换观测资料文件存储格式等方法提高I/O性能;实验结果表明优化后程序性能提高了2倍。在深入分析ovals系统程序流程和数据依赖关系的基础上,本文实现了ovals系统的并行化。在温盐资料同化模块并行化过程中,本文提出了基于层优先的处理器划分算法,并研究了基于该算法的全局通讯、并行I/O等实现方法;在高度计资料同化模块并行化过程中,设计实现了二维非规则区域分解算法,实现了ovals并行计算负载平衡;在36并行规模下达到了17倍的并行加速,取得了较好的并行效率。

关键词： ovals 变分同化性能优化非规则区域分解并行层优先处理器划分算法

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准水下滑翔机观测数据的同化研究

准水下滑翔机观测数据的同化研究

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作者：连喜虎中国科学院研究生院（海洋研究所）

学位级别：硕士

目前，海洋数据同化主要应用于固定观测平台所获得的观测资料，如：传统船舶观测，卫星遥感资料，定点观测资料等。由于移动观测平台技术起步较晚，目前还没有被广泛应用，所以其观测数据量十分有限。本论文旨在探讨新型移动观测平台水... 详细信息

目前，海洋数据同化主要应用于固定观测平台所获得的观测资料，如：传统船舶观测，卫星遥感资料，定点观测资料等。由于移动观测平台技术起步较晚，目前还没有被广泛应用，所以其观测数据量十分有限。本论文旨在探讨新型移动观测平台水下滑翔机的观测的数据同化，然而由于并不掌握水下滑翔机观测数据，所以在数据的选择上本文使用的是同样是锯齿形轨迹运动的ARGO观测数据和少量拖体CTD数据。本文采用中国科学院大气所ovals（Ocean VariationalAnalysis System）同化系统以及简单的松弛逼近法分别对Argo观测的网格化产品和Argo观测的剖面数据进行数据同化。首先使用POM海洋环流模式模拟西北太平洋海域的温盐场，之后耦合运行ovals同化系统，使用Argo观测网格化产品进行2006年整个计算域三维变分同化。无论从平面分布还是断面分布，除SST外同化的效果都比较明显，尤其是800m水深以浅，均方差值（RMSE）甚至能减小1.0°C以上。而且随着同化时间的增加，同化效果越来越显著，3、4月份的同化效果明显高于1、2月份。与OFES（Ocean General Circulation Model for the Earth Simulation）结果相比，由于OFES数据与用于同化的ARGO观测数据之间存在一定的差异，同化只从一定程度上改进了模拟结果，同化后温度结构仍然与OFES资料存在差别。在POM数值模拟基础上，在西太平洋利用3个代表性浮标的观测资料，运用松弛逼近法进行2006年6月断面数据同化。当松弛系数取0.5进行断面同化时，大约半天的时间模拟值就能快速逼近或完全等于观测值。虽然只对观测剖面进行了数据同化，但该同化可以产生更大范围的效果，而且这种效果可以持续更长时间。在POM数值模拟基础上，本文还在黄渤海利用单断面拖体CTD观测资料，运用松弛逼近法进行2002年8月断面数据同化，同化显著加大了混合层深度，改变了温跃层梯度。

关键词： Argo观测资料数据同化 ovals 松弛逼近法 POM模式 OFES资料

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