数学 > 数值分析
[提交于 2025年11月3日
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标题: 变分数据一致同化
标题: Variational Data-Consistent Assimilation
摘要: 这项工作介绍了一类基于数据一致反演(DCI)理论的四维变分数据同化(4D-Var)方法的新类别。 这些方法通过引入可预测性感知的正则化项来扩展经典4D-Var。 第一个提出的的方法称为数据一致4D-Var(DC-4DVar),然后使用加权均方误差(WME)感兴趣量图来构建DC-WME 4D-Var方法。 虽然DC和DC-WME代价函数都包含一个可预测性感知的正则化项,但DC-WME函数对模型-数据不匹配进行了修改,从而提高了非线性和部分观测动力系统中的估计精度、鲁棒性和理论一致性。 提供了证明,以建立最小值的存在性和唯一性,并分析了在DCI框架中常见的可预测性假设如何有助于促进解的稳定性。 在基准动力系统(Lorenz-63和Lorenz-96)以及浅水方程(SWE)上进行了数值实验。 在基准动力系统中,DC-WME 4D-Var公式被证明在减少误差和偏差方面始终优于标准4D-Var,同时在高观测噪声和短同化窗口下保持鲁棒性。 尽管引入了适度的计算开销,DC-WME 4D-Var在估计性能和预报技巧上有所提高,展示了其在高维数据同化问题中的潜在实用性和可扩展性。
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