中国新一代全球数值天气预报模式切线性伴随模式技术

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四维变分同化技术是提高数值天气预报时效的重要方法,切线性模式和伴随模式是同化系统的关键技术。本文针对我国自主研发的多尺度通用数值预报模式系统GRAPES,为建立GRAPES全球四维变分同化系统的切线和伴随模式,开展了以下工作:基于GRAPES全球模式绝热动力学框架和四维伴随变分资料同化理论,建立了GRAPES全球模式的切线性模式(GRAPES TL)和伴随模式(GRAPES AD),切线性模式精度高,伴随模式正确,满足业务要求。设计了全球伴随模式动态数据存储库,采用断点存储技术,解决了GRAPES全球伴随模式存储和恢复基态值的难点问题。设计了全球半隐式—半拉格朗日中Ritche算法在物理空间中连续的切线性伴随模式,解决了Ritche算法中切线性模式出现分母为零的问题;基于GCR算法建立了Helmholtz方程的高精度切线性和伴随模式。基于PETSc库建立了GRAPES模式中求解Helmholtz方程的Krylov子空间方法和预条件子算法库,设计了Helmholtz方程的切线性和伴随的PESTc框架。
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