卫星高度计波高数据同化对西北太平洋海浪数值预报的影响评估

法 ［ ］ 格林 函数 方法 ｌ 、 】 和卡 尔 曼 滤 波方 法 ＿ １ 。 钉等 在上述 方法 中 ， ｒｉｉ Ｂ ｅ ｋ等Ｌ 采用 的逐 步 订正 同化方 ｖ ｌ
法， 其迭 代极 限等 价于最 优插 值 同化结果 ， 免 了最 避
优插 值 同化 的矩 阵求 逆 ； 尔 曼 滤波 同化 能 够 在更 卡 新 状态 变量 的 同时更 新 误 差估 计 ； 变分 伴 随 同化可 以利用 分析 时刻 之后 的数 据 对 当前 时 刻 进 行估 计 ， 前 提是 预报方 程 是 准确 的 ， 点 是 计算 量较 大 。值 缺 得 注意 的是 Ｐｎｏ等口 ｉｔ 使 用 的一种 卡尔 曼滤 波 同化 方法 ， 用 了一 种 降维技 术 ， 海浪 预报方 程 对频率 采 将 和方 向积分得 到能 量 预 报方 程 ， 于波 一波 相互 作 由 用 在频 率和方 向空 间积分 为零 （ ～ 波 波相 互 作用 的守 恒性 质 ） 避免 了计算 量最 大 的一项 。最优 插值 同化 ，
收 稿 日期 ：０ ９０ ５ 修 订 日期 ： ０ ９ １ － ２ ２ ０ ７０ ； ２ ０ ～ １１ 。
报 的影 响效 果 ， 为今 后 海 浪数 据 同化 在 国家 海洋 环 境预 报 中心 的业 务化应 用提供 依 据 。
２ 有效 波 高最 优 插值 和 海 浪谱 重 构
为 了说 明海 浪 最优 插 值数 据 同化过 程 ， 首先 介
中 图分 类 号 ： Ｐ １ ： ７ ７ Ｔ ３ １Ｐ ３ 文献标志码 ： Ａ 文章 编 号 ：２ ３ ４ ９ （ ０ ９ ０ —０ １０ ０ ５ — １ ３ ２ ０ ） ６０ ０ — ８
１ 引 言
海 洋卫 星提供 了大量 可靠 的近实 时海浪 观测数 据， 使得 通过 同化 方法 改 善 海 浪 分 析 和预 报 成 为 可
过 业 务 预 报 实 例 检 验 数 据 同 化 对 西 北 太 平 洋 海 浪 预
能 。国外从 ２ ０世 纪 ８ Ｏ年代 开始 注重海 浪数 据 同化
的应用 研究 ，Ｏ年代 高度计 有 效 波高 数 据 同化 技术 ９
已 经 得 到 业 务 应 用 ， 使 用 的 海 浪 同 化 方 法 有 逐 步 所 订 正 方 法 ＿ 、 优 插 值 方 法 Ｉ ］ 变 分 伴 随 方 】 最 ］ ２ 、
基 金 项 目 ： 大海 洋 灾害 预 警 及 应 急 技 术 研 究 （０ ６ ＡＣ ３ ０ ） 重 ２０ Ｂ ０Ｂ ３ 。 作 者 简 介 ： 毅 （ ９ １ ）男 ， 东 省 莱 州 市人 ， 读 博 士 ， 要 从 事 海 浪 预 报 及 数值 模 拟 研 究 。Ｅ ｍａ ： ａ ｇ ｉ ｎ ［．ｏ ．ｎ 王 １７ 一 ， 山 在 主 — ｉ ｗ ｎ ｙ＠ ｍｅｃｇ ｖ ｃ ｌ
第３卷 １
第 ６期
海
Ｎ ｏ ．６
２０ ０ ９年 １ １月
Ａ ＣＴＡ ０ＣＥＡ Ｎ ｏ ＩｏＧ Ｉ ＣＡ Ｎ Ｉ ＳＩ ＣＡ
Ｎｏ ｍ ｂ ｒ２ ｖｅ ｅ ００９
卫 星 高 度计 波 高数 据 同化 对 西北 太 平 洋 海 浪 数 值 预 报 的 影 响 评 估
２
海 洋 学报
３ １卷
绍 同化 所 涉 及 到 的 数 据 的 定 义 及 其 取 值 的 空 间 位 置
估 计 并 重 构 相 应 的 海 浪 方 向谱 ， 此 为 初 始 场 进 行 为 期 ３ｄ 的 数 值 预 报 试 验 。 与 没 有 同化 的 预 报 以 进 行 了 比较 和 分 析 ， 果 表 明 卫 星 高 度 计 海 浪 数 据 同 化 对 ０ ７ 结 ～ ２ｈ预 报 有 不 同 程 度 的 明 显 改 善 ， 改 进 程 度 随预 报 时 效 的 增 加 而 减 少 。 关 键 词 ： 星 高 度 计 ； 优 插 值 同 化 ； 浪 预 报 卫 最 海
方法 主要 优 点 是 计 算 量 小 ， 合 业 务 应 用 ， 目前 适 是 欧 、 等 发达 国家 的海 浪 预 报普 遍 采 用 的数 据 同 化 美
技术 。
中 国 国家 海 洋 环 境 预 报 中 心 已 经 建 立 了基 于 Ｓ ｗＡＮ（ ｉ ｌ ｉｇＷ Ａ ｅ ａｓ ｏｅ 模式 的西 北 Ｓｍｕａ ｎ ｖ ｓＮｅ ｒｈ ｒ ） ｔ 太平 洋海 浪数值 业 务 预报 模 式 ， 是 在 日常 数值 预 但 报过 程 中仍 没有 把卫 星观测 数据 用 于资料 同化运算 以求 得初 始场 。本文 把最优 插值 和海 浪谱重 构技 术 与Ｓ ＷＡＮ模 式 结合起 来 ， 立 了海浪 的最优插 值 同 建 化预 报模式 ， 国家海 洋环 境预 报 中心 ２ ０ 用 ０ ８年 ３ 月 和 ９月基 于每天 的 ＭＭ５ Ｍｅｏｃ ｌ Ｍｏ ｅ ５ 模 式 （ ｓ ｓａｅ ｄｌ ） 预报 风场驱 动海 浪 同化 模式 ， 用相 应时期 的 Ｊ ｓｎ １ ａｏ 一 卫 星高度计 有效 波 高数 据 进行 同化 对 比分析 （ 于 用 对 比检验 的数据 为未参 与 同化运算 的独 立数据 ） 通 ，
王 毅 ， 宙 文 余
（ ． 国海 洋 大 学 ， １中 山东 青 岛 ２ ６ ０ ， ． 家 海 洋 环 境 预 报 中 心 ， 京 １ ０ ８ ） ６１０２国 北 ０ ０ １
摘 要 ： 过数值 试验 验证 卫 星高度计 波 高数据 同化 对西 北太 平洋 ３ｄ海 浪预 报 的改进 效 果 。驱 动 通 海浪模 式的强迫 场采 用 国家海 洋环境 预 报 中心 基 于 ＭＭ５模 式预报 的风 场 ， 波高 数 据 同化 使 用 的 观测 数据 是 Ｊ ｓ ｎ ａｏ 一１卫星高度 计 有效 波 高。用 最 优插 值 数 据 同化 方 法获 得 海 浪有 效 波高 的最优