利用作用量极小化最大化模拟热带气旋强度
大气与海洋物理
2019-05-22 v1 最优化与控制
统计计算
摘要
在天气模型中直接计算机模拟强热带气旋（TCs）受限于计算开销。强TCs罕见且具有小尺度结构，难以高分辨率产生大型风暴集合。此外，模型常无法捕捉快速增强过程，而这是许多强TCs的显著特征。在全球变暖背景下理解快速增强尤为重要，因其可能增加强TCs的频率。为更好利用计算资源研究快速增强，我们引入应用于WRF与WRFPLUS模型的作用量极小化算法。作用量极小化将模型推拢至形成比其原本更强的TCs；它通过模型随机表述中的最大似然路径实现，从而允许对增强机制进行针对性研究。我们将作用量极小化应用于2015年Danny飓风与2009年Fred飓风在6 km分辨率的模拟，证明该算法经由物理上合理的路径一致地增强TCs。我们展示了使用作用量极小化研究TC增强分布尾部约十倍的计算节省。此外，对Danny与Fred飓风，作用量极小化产生的扰动优先降低低层切变而非上层切变，至少在约 阈值以上如此。我们还证明非对称、与时间相关的加热模式可引起超出对称、方位角平均加热的显著TC增强，并发现此前工作未充分研究的对非对称加热的非线性响应机制。
引用
@article{arxiv.1905.00515,
title = {Maximizing simulated tropical cyclone intensity with action minimization},
author = {David A. Plotkin and Robert J. Webber and Morgan E O'Neill and Jonathan Weare and Dorian S. Abbot},
journal= {arXiv preprint arXiv:1905.00515},
year = {2019}
}