[发明专利]气候系统模式多圈层耦合资料同化系统

说明书

本发明公开了气候系统模式多圈层耦合资料同化系统，包括气候系统模式、海洋同化子系统、海冰同化子系统、陆面同化子系统和大气同化子系统，其特征在于：所述气候系统模式包含海洋分量模式、海冰分量模式、陆面分量模式、大气分量模式和耦合器；所述海洋同化子系统包含对卫星遥感海表温度资料、卫星遥感海表高度资料、海洋温盐廓线观测资料的质量控制模块、资料融合模块和资料同化模块。本发明提供了一种基于气候系统模式耦合框架的多圈层多源资料同化系统，其可以更加有效的提取利用不同圈层的观测资料信息，实现观测资料和气候系统模式的有机融合，从而提供更为协调可靠的多圈层多变量同化分析场。

技术领域

本发明涉及气候技术领域，尤其涉及气候系统模式多圈层耦合资料同化系统。

背景技术

气候模式预测是气候研究和业务领域的核心科学问题。资料同化是解决气候模式预测问题的关键技术手段之一，它通过对气候系统各圈层多源观测资料的综合分析，形成对大气、海洋、海冰、陆面等分量状态的可靠估计，进而产生准确可靠的气候模式初始场。根据同化系统的模式框架及所包含气候系统分量的不同，同化方式可分为非耦合框架的单独分量同化、耦合框架的多分量同化。同化技术能力的高低直接影响了气候模式预测初值的准确与否，是决定气候预测成败的重要一环。

过去20多年的气候预测业务中，采用海-气耦合模式或海-陆-气-冰多分量耦合气候系统模式开展次季节-季节-年际尺度气候预测已经成为国际主要业务机构的共识；但是，在主要的气候模式业务预测系统中，大部分模式仍采用各分量单独同化手段，即对海洋、大气、陆面、海冰等分量分别采用非耦合的离线同化，进而利用各个分量同化产品完成耦合模式初始化。此外，个别机构虽然开始尝试耦合模式框架下的资料同化，但针对海冰、陆面等分量的同化算法相对简单，在尽可能改善气候系统模式同化分析能力和预测性能方面存在明显局限性。中国气象局在2015年以来使用的第二代气候模式业务预测系统也是基于海-陆-气-冰耦合气候系统模式构建，但仅实现了对各个分量非耦合单独同化产品的使用，并没有发展匹配的耦合资料同化技术，这成为制约我国气候模式业务预测水平提升的一个突出问题。为此，我们提出气候系统模式多圈层耦合资料同化系统。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了气候系统模式多圈层耦合资料同化系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明提供如下技术方案：

气候系统模式多圈层耦合资料同化系统，包括气候系统模式、海洋同化子系统、海冰同化子系统、陆面同化子系统和大气同化子系统，所述气候系统模式包含海洋分量模式、海冰分量模式、陆面分量模式、大气分量模式和耦合器；所述海洋同化子系统包含对卫星遥感海表温度资料、卫星遥感海表高度资料、海洋温盐廓线观测资料的质量控制模块、资料融合模块和资料同化模块；所述海冰同化子系统包含对卫星遥感海冰密集度资料的质量控制模块和资料同化模块；所述陆面同化子系统包含对卫星遥感陆表温度资料的质量控制模块和资料同化模块；所述大气同化子系统包含对大气分析资料的数据处理转换模块和资料同化模块。

优选的，所述气候系统模式耦合框架下对各个分量的多种来源资料进行同化，从而得到多圈层多变量的协调同化分析场。

优选的，所述海洋同化子系统可实现AVHRR卫星遥感海表温度资料和AVISO卫星遥感海表高度资料的质量控制，ARGO、GTSPP、TAO等海洋温盐廓线观测资料的质量控制，进而完成多源海洋观测资料的融合和协调同化。

优选的，所述海冰同化子系统可实现对AVHRR卫星海冰密集度资料的质量控制和资料同化；陆面同化子系统可实现对MODIS、FY等卫星陆表温度资料的质量控制和资料同化；大气同化子系统可实现对NCEP-R1、NCEP-FNL、ERA-Interim等大气分析资料的数据处理转换和资料同化。

优选的，所述海洋分量模式、海冰分量模式、陆面分量模式和大气分量模式的同化算法可以采用集合卡曼滤波、集合最优插值、三维变分、最优插值等相对复杂的同化方法，也可以采用针对再分析资料的简单初始化方法。