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非線性局部Lyapunov指數與大氣可預報性研究
鑒于線性誤差發展理論研究大氣可預報性存在的局限性,采用非線性擾動發展方程討論動力系統誤差增長規律,并在此基礎上提出一個新概念:非線性局部Lyapunov指數.它與經典Lyapunov指數有本質的區別,可以表征初始誤差在有限時間內的局部平均增長率,大小與初值、初始誤差、物理量、演化時間、以及時間尺度、空間尺度有關.結合該指數的定義以及大氣本身的動力學特征給出合理的計算方法,得到大氣初始誤差隨時間的演化并確定了最大可預報時間.最后以500 hPa位勢高度為例,詳細討論了非線性局部Lyapunov指數在大氣可預報性中的應用,得到的主要結論是:大氣可預報性具有明顯的空間分布特征.從總體上看,可預報性呈緯向帶狀分布.赤道上的可預報時間最大,南極地區次之,北極地區也較大,南北兩半球的副熱帶和中緯度地區可預報性最小.在赤道地區,平均可預報時間為12 d左右,最大值分布在熱帶印度洋、印度尼西亞及鄰近地區、熱帶東太平洋等地區,大約為兩周.南極地區可預報性也很高,平均可預報時間大約9 d,這一特征在夏季更顯著.北極地區的可預報性也比鄰近中高緯大,但增加不如南極地區明顯.南北半球中緯度地區(30°～60°S和30°～60°N)的可預報性最小,平均僅有3～4 d.另外,可預報性隨季節有差異.北半球大部分地區,對應冬季的可預報性比夏季的大,特別是中高緯北大西洋、北太平洋以及格陵蘭島等地區,冬季的可預報性明顯比夏季的大;南半球,南極附近60°～90°S對應夏季的可預報性明顯比冬季的大,而其他區域尤其在30°～60°S的可預報時間隨季節變化不大,大約3～5 d.理論和數據計算結果均說明非線性局部Lyapunov指數以及由它得到的非線性局部誤差增長確實可以很好地定量表征各種大氣物理量在不同時空域下的可預報性.
李建平(蘭州大學大氣科學學院,蘭州,730000;中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學,數值模擬國家重點實驗室,北京,100029)
丁瑞強(中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學,數值模擬國家重點實驗室,北京,100029)
刊 名： 中國科學D輯 ISTIC PKU 英文刊名： SCIENCE IN CHINA (SERIES D) 年，卷(期)： 2006 36(11) 分類號： P4 關鍵詞： 非線性 局部 Lyapunov指數 大氣可預報性 最大可預報時間【非線性局部Lyapunov指數與大氣可預報性研究】相關文章：
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