正压模型中的低频流型转换与流型可预测性
混沌动力学
2016-05-20 v1 流体动力学
摘要
在一个允许纬向与偶极状态之间发生低频流型转换的正压涡度模型中，我们考察了流动的可预测性。该模型中的此类转换最早由 Bouchet 和 Simonnet (2009) 研究，并让人联想到天气与气候系统中的流型变化现象——在长时间表面稳定后，看似随机地发生极端且突兀的定性变化。模型中流型转换的潜在机制尚不清晰。从大气与海洋动力学角度看，该模型的一个新颖之处在于缺乏任何背景位涡梯度的来源，例如地形或行星旋转率梯度（如 Charney & DeVore '79 中所示）。我们将全非线性动力学下嵌入系统混沌吸引子的扰动视为培育向量（bred vectors）——主导（后向）李雅普诺夫向量的非线性推广。我们发现，使用培育向量扰动的集合预报在误差-离散度关系上比使用李雅普诺夫向量扰动的集合预报更为稳健。特别地，当培育向量扰动与一种简单的数据同化方案（向真值松弛（nudging））结合使用时，我们发现至少部分演化后的扰动会对齐以识别与控制（未扰动、进行数据同化的）运行中存在较大预报误差区域相关的低维子空间；在使用李雅普诺夫向量扰动的集合预报中较少发生这种情况。然而，在我们所考虑的惯性区域中，我们发现 (a) 当系统处于纬向流型时其可预测性更高，且 (b) 可预测性时限相较于导致流型转换过程的典型时间尺度过短，从而排除了预测此类转换的可能性。
引用
@article{arxiv.1605.06068,
title = {Low-frequency regime transitions and predictability of regimes in a barotropic model},
author = {B. T. Nadiga and T. J. O'Kane},
journal= {arXiv preprint arXiv:1605.06068},
year = {2016}
}