【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于全球气候变化资料同化，尤其涉及新型高效多尺度同化系统在高分辨率cesm中的应用。
技术介绍
1、地球系统模式是理解过去气候与环境演变机理、预估未来潜在全球变化情景的重要工具。观测资料存在时空分布不均的缺陷。耦合资料同化可以融合模式和观测资料，得到更接近真值的大气海洋连续时空演变特征。耦合资料同化结合耦合地球系统模式的动力学和物理学框架融入地球观测信息，产生平衡协调的耦合模式再分析状态，是耦合模式预报预测初始化和制作耦合再分析不可或缺的核心要件。中小尺度海气相互作用对天气气候的重要性越来越被人们重视，这对地球系统模式的分辨率要求更高，使得地球系统模式从能够解析大尺度海洋大气运动的流行分辨率(大气100km与海洋100km)，向能够解析大气风暴轴和中尺度涡的高分辨率(大气25km与海洋10km)方向发展。如果使用传统的集合同化算法(如enkf,ensemble kalman filtering)，则需要积分n个模式成员来获得背景误差协方差，这将需要n倍于单一模式的计算资源，这对于原本对计算资源需求巨大的高分辨率模式来说，无疑是不可行的。同时，当前广泛应用于气候研究的社区开源耦合地球系统模式cesm(community earth system model)尚无完善的在线同化系统。从而限制了它在气候预报预测及再分析研究中的应用。然而，发展cesm的在线同化和多尺度同化能力，对推动再分析和高分辨率同化的研究具有重要意义。因此，本专利技术将新方法mshea-enkf(multi-timescalehigh-efficienc
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提出了新型高效多尺度同化系统在高分辨率cesm中的应用，将新算法mshea-enkf，融入与国产众核异构集群适配的高分辨率的cesm模式，实现大气多个尺度同化功能、集合成员个数等设置为可选择的开关控制，降低大气同化对计算资源的需求。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了新型高效多尺度同化系统在高分辨率cesm中的应用，包括：
3、利用观测点处的观测值和模式估计值以及所述观测值与所述模式估计值的标准差，获取观测增量；
4、将观测增量投影到受其影响的周围模式格点上，获取观测增量的投影；
5、通过新型高效多尺度大气同化系统对观测增量的求解进行改进，获取更新后的投影；
6、将mshea-enkf大气同化算法嵌入与国产众核异构集群适配的流行分辨率版本cesm模式；
7、将mshea-enkf大气同化算法嵌入与国产众核异构集群适配的高分辨率版本的cesm模式。
8、可选的，利用观测点处的观测值和模式估计值以及所述观测值与所述模式估计值的标准差，获取观测增量包括：
9、
10、其中，为观测点处的观测增量，σp为观测点处模式估计值的标准差，σo为观测标准差，为观测点处各成员模式值的平均，为观测点处各成员的模式估计值。
11、可选的，将观测增量投影到受其影响的周围模式格点上，获取观测增量的投影包括：
12、
13、其中，为投影后的模式格点处的分析增量，上标u表示更新值(update)，cov(δx,δy)为模式格点处的模式值和观测点处的模式估计值的协方差，为观测点处模式估计值的方差，为第1步求得的观测增量。
14、可选的，通过新型高效多尺度大气同化系统对观测增量的求解进行改进，获取更新后的投影包括：观测点处的观测增量的更新和观测增量投影到模式格点上投影的更新。
15、可选的，观测点处的观测增量的更新包括：
16、
17、其中，δyo,(τ)为观测点处的观测增量，σ(τ)为3个时间尺度滤波方案统计资料构造集合的标准差，σ(o)为观测标准差，τ＝1，γ分别表示γ个时间尺度。
18、可选的，观测增量投影到模式格点上投影的更新包括：
19、
20、其中，δxu为投影后的模式格点处的分析增量，为第一步求得的观测点处的观测增量，α(τ)为3个时间尺度滤波方案中的调整权重系数，cov(δx(τ),δy(τ))代表各个时间尺度滤波方案的模式格点处的模式值与观测格点处的模式估计值的协方差关系。
21、可选的，将mshea-enkf大气同化算法嵌入与国产众核异构集群适配的流行分辨率版本cesm模式包括以下步骤：
22、首先，配置与传统x86集群适配的流行分辨率版本cesm模式算例，并将mshea-enkf大气同化算法嵌入与x86集群适配的流行分辨率版本cesm模式，作为类比算例；
23、其次，配置与国产众核异构集群适配的流行分辨率版本cesm模式算例；
24、再次，对比集群系统差异，进行编译和运行交叉验证，调试修改同化代码的bug，分尺度实现大气同化功能、集合成员个数等设置为可选择的开关控制；
25、最后，将mshea-enkf大气同化算法，嵌入与国产众核异构集群适配的流行分辨率版本的cesm模式，实现大气同化地面气压，并在完美孪生实验的框架下对同化系统进行测试和验证。
26、可选的，将mshea-enkf大气同化算法嵌入与国产众核异构集群适配的高分辨率版本的cesm模式包括以下步骤：
27、首先，配置与国产众核异构集群适配的高分辨率版本cesm模式算例；
28、其次，下载观测数据，准备高分辨率模式启动文件；类比低分算例，对观测数据进行插值及网格转换，制作搭建高分辨率模式同化系统所需的三个频率的背景数据及观测数据；
29、再次，修改低分同化系统中分辨率相关的网格点数及同化积分步长等参数设置；将背景数据读取方式由global修改为local；数组声明内存放大；加入缓存清理代码，防止内存泄漏；调试低分模式同化系统未发现的bug，分尺度实现大气同化功能、集合成员个数等设置为可选择的开关控制；
30、最后，将mshea-enkf大气同化算法，嵌入与国产众核异构集群适配的高分辨率版本cesm模式，实现大气同化地面气压，并在完美孪生实验的框架下对同化系统进行测试和验证。
31、本专利技术技术效果：本专利技术公开了新型高效多尺度同化系统在高分辨率cesm中的应用，将mshea-enkf大气同化算法融入与国产众核异构集群适配的高分辨率的cesm模式，实现大气多个尺度同化功能、集合成员个数等设置为可选择的开关控制；降低大气同化对计算资源的需求；为中小尺度海气相互作用过程的研究提供重要的模式模拟试验场；促进全球变化与气候预测等相关领域的研究和气候再分析数据研制；为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.新型高效多尺度同化系统在高分辨率CESM中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的新型高效多尺度同化系统在高分辨率CESM中的应用，其特征在于，利用观测点处的观测值和模式估计值以及所述观测值与所述模式估计值的标准差，获取观测增量包括：
3.如权利要求1所述的新型高效多尺度同化系统在高分辨率CESM中的应用，其特征在于，将观测增量投影到受其影响的周围模式格点上，获取观测增量的投影包括：
4.如权利要求1所述的新型高效多尺度同化系统在高分辨率CESM中的应用，其特征在于，通过新型高效多尺度大气同化系统对观测增量的求解进行改进，获取更新后的投影包括：观测点处的观测增量的更新和观测增量投影到模式格点上投影的更新。
5.如权利要求4所述的新型高效多尺度同化系统在高分辨率CESM中的应用，其特征在于，观测点处的观测增量的更新包括：
6.如权利要求4所述的新型高效多尺度同化系统在高分辨率CESM中的应用，其特征在于，观测增量投影到模式格点上投影的更新包括：
7.如权利要求1所述的新型高效多尺度同化系统
8.如权利要求1所述的新型高效多尺度同化系统在高分辨率CESM中的应用，其特征在于，将MSHea-EnKF大气同化算法嵌入与国产众核异构集群适配的高分辨率版本的CESM模式包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.新型高效多尺度同化系统在高分辨率cesm中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的新型高效多尺度同化系统在高分辨率cesm中的应用，其特征在于，利用观测点处的观测值和模式估计值以及所述观测值与所述模式估计值的标准差，获取观测增量包括：
3.如权利要求1所述的新型高效多尺度同化系统在高分辨率cesm中的应用，其特征在于，将观测增量投影到受其影响的周围模式格点上，获取观测增量的投影包括：
4.如权利要求1所述的新型高效多尺度同化系统在高分辨率cesm中的应用，其特征在于，通过新型高效多尺度大气同化系统对观测增量的求解进行改进，获取更新后的投影包括：观测点处的观测增量的更新和观测增量投影到模式格点上投影的更新...
【专利技术属性】
技术研发人员：万凌峰，张绍晴，江应境，卢绿，娄丹，常舒捷，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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