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GRAPES全球四维变分同化系统极小化算法预调节

张林 刘永柱

张林, 刘永柱. GRAPES全球四维变分同化系统极小化算法预调节. 应用气象学报, 2017, 28(2): 168-176. DOI: 10.11898/1001-7313.20170204..
引用本文: 张林, 刘永柱. GRAPES全球四维变分同化系统极小化算法预调节. 应用气象学报, 2017, 28(2): 168-176. DOI: 10.11898/1001-7313.20170204.
Zhang Lin, Liu Yongzhu. The preconditioning of minimization algorithm in GRAPES global four-dimensional variational data assimilation system. J Appl Meteor Sci, 2017, 28(2): 168-176. DOI:  10.11898/1001-7313.20170204.
Citation: Zhang Lin, Liu Yongzhu. The preconditioning of minimization algorithm in GRAPES global four-dimensional variational data assimilation system. J Appl Meteor Sci, 2017, 28(2): 168-176. DOI:  10.11898/1001-7313.20170204.

GRAPES全球四维变分同化系统极小化算法预调节

DOI: 10.11898/1001-7313.20170204
资助项目: 

公益性行业(气象)科研专项 GYHY201506003

中国气象局数值预报中心GRAPES发展专项 GRAPES-FZZX-2016-04

详细信息
    通信作者:

    张林, email:zhanglin@camscma.cn

The Preconditioning of Minimization Algorithm in GRAPES Global Four-dimensional Variational Data Assimilation System

  • 摘要: 在进行多次外循环更新的增量分析框架下,前一次极小化迭代过程中产生的信息可提供给下一次极小化做预调节。该文在GRAPES全球四维变分同化系统中对极小化算法——L-BFGS算法实施了这种预调节,通过全观测的个例试验和批量试验进行评估,发现进行预调节后L-BFGS算法的收敛效率得到明显提高,而且在1个月的循环试验中表现十分稳定。该工作可以帮助GRAPES全球四维变分同化系统有效减少极小化的迭代次数,有利于满足业务化运行的时效要求。另外,间隔6 h和间隔24 h的两次4DVar分析对应的海森矩阵变化不大,因此,前一时刻极小化过程产生的信息提供给后一时刻的极小化进行预调节也有一定效果。
  • 图  1  目标泛函的收敛情况

    Fig. 1  Values of cost function from a case study

    图  2  非线性目标泛函观测项的收敛情况

    Fig. 2  Values of nonlinear observation term from a case study

    图  3  在不同时刻4DVar试验中使用2013年5月1日03:00的信息进行L-BFGS算法预调节后目标泛函的收敛情况

    Fig. 3  Values of cost function in the 4DVar analysis using the information at 0300 UTC 1 May 2013 to precondition the minimization

    图  4  2013年5月的循环试验中极小化迭代结束时非线性观测项

    Fig. 4  Normalized values of nonlinear observation term after the minimization from one-month cycling experiments in May 2013

    图  5  2013年5月循环试验中非线性观测项平均的收敛情况

    Fig. 5  Averaged normalized values of nonlinear observation term from one-month cycling experiments in May 2013

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出版历程
  • 收稿日期:  2016-09-07
  • 修回日期:  2017-01-12
  • 刊出日期:  2017-03-31

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