Spatial and temporal stochastic cascade structure of deterministic numerical models of the atmosphere
Notice bibliographique
Résumé
Statistical analyses of numerical models of the atmosphere have traditionally concentrated on classical turbulent fluxes, especially the energy and enstrophy. Theoretically, this has been justified by isotropic theories and through hypothetical isotropic cascades. However due to gravity, the atmosphere and its models are strongly anisotropic (stratified) so that these theories are quite unrealistic. Our starting point are empirical findings that the stratification is scaling so that the atmospheric dynamics (and as we show here, their models) can be governed by anisotropic cascades governed by nonstandard turbulent fluxes. In this generalized scaling framework we expect scaling relations of the (generalized) Kolmogorov form to hold: F(L) = ?(L) LH, where F(L) is the fluctuation in a field at scale L and H is a scaling exponent and ?(L) is the underlying resolution L flux. We use this approach to estimate ?(L) and then to systematically degrade it to lower and lower resolutions. The cascade hypothesis predicts that qhigher than = (Louter/L)K(q) where here L is the resolution of the flux, Louter is the outer scale of the cascade (where it starts) and K(q) is a scaling exponent function describing all the statistical properties as a function of scale. In this presentation we test this anisotropic cascade framework on the horizontal east-west wind, temperature, and humidity fields at 5 different pressure levels for both (three years of) the ERA40 reanalysis as well as (eleven months of) the Canadian Meteorological Centre Global Environmental Multiscale (CMC GEM) model. Our results indicate that over most of the range of scales (essentially planetary scales down to 2-3 pixels; below this the hyperviscosity breaks the scaling), that the spatial stochastic structure predicted by phenomenological cascade models is obeyed to within ±1%. We also examine the cascade sructure in the temporal domain; we find that it has a break in the scaling between the meteorological (less than ~20 days) and climate (greater than ~ 100 days) regimes. The temporal behaviour is also discussed with the aid of space-time (Stommel diagrams) to which we give a rigorous interpretation. We discuss how to exploit stochastic cascade structure to improve current forecasting methods, including applications to stochastic parametrisations.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,005 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,002 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».