[发明专利]一种基于WRF模式的台风动力平衡约束下的变分同化方法

摘要

本发明涉及一种基于WRF模式的台风动力平衡约束下的变分同化方法，包含如下步骤i、根据WRF模式的垂直σ坐标下大气原始运动方程得到动力平衡方程；ii、利用弱约束条件法，将动力平衡方程表示成弱约束罚项Je，并加入WRFDA系统的代价函数中，得到新的变分代价函数；iii、将新的变分同化代价函数采用共轭梯度法求解代价函数的极小值，得到同化分析场。该方法可以有效改善各类观测资料在台风同化中的效果，提高台风预报能力。

主权项

一种基于WRF模式的台风动力平衡约束下的变分同化方法，其特征在于包括如下步骤：①将WRF模式的垂直σ坐标下大气原始运动方程进行定常和无粘处理，所述大气原始运动方程为同时对原始运动方程中的垂直平流项忽略，得到非线性动力平衡约束矢量方程其中，是水平风速矢量，f是科氏参数，φ是位势高度，ρ是大气密度，p是气压；②将步骤①中的矢量方程采用弱约束方法，得到变分同化中的动力约束罚项其中x表示大气各状态量，T表示矩阵转置，所述动力权重Γ‑1取值为103；③将步骤②中的动力约束罚项Jc加入WRFDA原始的变分代价函数中，所述原始的变分代价函数为J＝Jo+β1Jb+β2Je，得到弱约束条件下的变分同化代价函数J＝Jo+β1Jb+β2Je+Jc，④将上述步骤③中的弱约束条件下的变分同化代价函数采用共轭梯度法求解代价函数的极小值，得到同化分析场。