基于动力学模态分解的200 hPa急流模态特征分析

• 作者: 侯士成 刘柏年 曹小群 阳国贵 韩梓航 高梅
• 来源期刊: 大气科学学报
• 关键词: 高空急流 动力学模态分解 降阶模型 稳定性分析 多尺度分析
• 年，卷（期）: 2020,（5）
• 所属期刊栏目: 论著
• 页码范围: 824-833
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20190516001

摘要

提出基于动力学模态分解(Dynamic Mode Decomposition,DMD)的大气运动数据分析方法,目的是改进对大气运动特征的认识.首先,采用DMD方法对200 hPa急流运动流场进行模态分析,从中得到了急流天气系统运动变化过程中的主要模态和对应频率以及模态随时间衰减/增长等信息.这些模态是对流场演化特征的低维描述,反映了蕴含在流场中的动力学特征,可用于实现高维复杂流场的低维近似表示.其次,建立了200 hPa急流运动流场演化的动力学降阶模型,能够重构和预测急流运动流场的动态发展过程.结果 表明:通过对前6阶主要模态所包含的流场信息进行对比分析,DMD方法成功捕捉到了200 hPa急流运动流场不同尺度的流动结构,直观地显示了不同频率流场之间的差别,表明了DMD方法在对复杂大气动力学系统进行模态分解时的优势.通过不同时刻,模态叠加的重构流场与真实流场的直观比较,表明DMD方法只由前面6阶模态就能基本包含原始流场的流动信息,从而实现流场的准确重构.