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Enregistrement W2509233567 · doi:10.5194/gmd-9-2893-2016

EnKF and 4D-Var data assimilation with chemical transport model BASCOE (version 05.06)

2016· article· en· W2509233567 sur OpenAlexaff
Sergey Skachko, Richard Ménard, Quentin Errera, Y. Christophe, Simon Chabrillat

Notice bibliographique

RevueGeoscientific model development · 2016
Typearticle
Langueen
DomaineEarth and Planetary Sciences
ThématiqueAtmospheric chemistry and aerosols
Établissements canadiensEnvironment and Climate Change Canada
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésData assimilationCovarianceEnsemble Kalman filterAssimilation (phonology)Chemical transport modelTRACERKalman filterMeteorologyEnvironmental scienceMathematicsComputer scienceApplied mathematicsStatisticsPhysicsExtended Kalman filterTroposphere

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract. We compare two optimized chemical data assimilation systems, one based on the ensemble Kalman filter (EnKF) and the other based on four-dimensional variational (4D-Var) data assimilation, using a comprehensive stratospheric chemistry transport model (CTM). This work is an extension of the Belgian Assimilation System for Chemical ObsErvations (BASCOE), initially designed to work with a 4D-Var data assimilation. A strict comparison of both methods in the case of chemical tracer transport was done in a previous study and indicated that both methods provide essentially similar results. In the present work, we assimilate observations of ozone, HCl, HNO3, H2O and N2O from EOS Aura-MLS data into the BASCOE CTM with a full description of stratospheric chemistry. Two new issues related to the use of the full chemistry model with EnKF are taken into account. One issue is a large number of error variance parameters that need to be optimized. We estimate an observation error variance parameter as a function of pressure level for each observed species using the Desroziers method. For comparison purposes, we apply the same estimate procedure in the 4D-Var data assimilation, where both scale factors of the background and observation error covariance matrices are estimated using the Desroziers method. However, in EnKF the background error covariance is modelled using the full chemistry model and a model error term which is tuned using an adjustable parameter. We found that it is adequate to have the same value of this parameter based on the chemical tracer formulation that is applied for all observed species. This is an indication that the main source of model error in chemical transport model is due to the transport. The second issue in EnKF with comprehensive atmospheric chemistry models is the noise in the cross-covariance between species that occurs when species are weakly chemically related at the same location. These errors need to be filtered out in addition to a localization based on distance. The performance of two data assimilation methods was assessed through an 8-month long assimilation of limb sounding observations from EOS Aura MLS. This paper discusses the differences in results and their relation to stratospheric chemical processes. Generally speaking, EnKF and 4D-Var provide results of comparable quality but differ substantially in the presence of model error or observation biases. If the erroneous chemical modelling is associated with moderately fast chemical processes, but whose lifetimes are longer than the model time step, then EnKF performs better, while 4D-Var develops spurious increments in the chemically related species. If, however, the observation biases are significant, then 4D-Var is more robust and is able to reject erroneous observations while EnKF does not.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,075
Score d'incertitude au seuil0,148

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

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.

Tête enseignante Opus0,028
Tête enseignante GPT0,200
Écart entre enseignants0,173 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations58
Publié2016
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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