Four-Dimensional Data Assimilation and Balanced Dynamics
Notice bibliographique
Résumé
Abstract The problem of spurious excitation of gravity waves in the context of four-dimensional data assimilation is investigated using a simple model of balanced dynamics. The model admits a chaotic vortical mode coupled to a comparatively fast gravity wave mode, and can be initialized such that the model evolves on a so-called slow manifold, where the fast motion is suppressed. Identical twin assimilation experiments are performed, comparing the extended and ensemble Kalman filters (EKF and EnKF, respectively). The EKF uses a tangent linear model (TLM) to estimate the evolution of forecast error statistics in time, whereas the EnKF uses the statistics of an ensemble of nonlinear model integrations. Specifically, the case is examined where the true state is balanced, but observation errors project onto all degrees of freedom, including the fast modes. It is shown that the EKF and EnKF will assimilate observations in a balanced way only if certain assumptions hold, and that, outside of ideal cases (i.e., with very frequent observations), dynamical balance can easily be lost in the assimilation. For the EKF, the repeated adjustment of the covariances by the assimilation of observations can easily unbalance the TLM, and destroy the assumptions on which balanced assimilation rests. It is shown that an important factor is the choice of initial forecast error covariance matrix. A balance-constrained EKF is described and compared to the standard EKF, and shown to offer significant improvement for observation frequencies where balance in the standard EKF is lost. The EnKF is advantageous in that balance in the error covariances relies only on a balanced forecast ensemble, and that the analysis step is an ensemble-mean operation. Numerical experiments show that the EnKF may be preferable to the EKF in terms of balance, though its validity is limited by ensemble size. It is also found that overobserving can lead to a more unbalanced forecast ensemble and thus to an unbalanced analysis.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 tête enseignante, 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 ».