基于 Ornstein-Uhlenbeck 噪声的 barotropic 耦合海洋-大气模型结构保持随机参数化
大气与海洋物理
2026-03-31 v1 流体动力学
摘要
我们首次将随机Lie传递（SALT）框架应用于理想化的耦合海洋-大气系统。SALT在随机拉格朗日运动学假设下，从哈密顿变分原理导出随机流动方程，从而保持底层确定性方程的几何结构——克林汀循环定理、Lie导数传递算子以及局部守恒律。大气组成分被置于随机状态，而海洋保持确定性，遵循Hasselmann的范式：快速的随机大气驱动慢速气候。通过对拉格朗日轨迹差异进行EOF分析，估计编码未解决次网格输运的空间相关向量。核心贡献是将标准白噪声时序模型替换为Ornstein-Uhlenbeck（OU）过程，这是由于主导EOF模式中存在强自相关（50-150个时间步的相关时间尺度）所激发的；OU过程是唯一能够用单个参数捕获这种时序记忆的 stationary Gaussian Markov 过程。ensemble预报在10-15个时间单位上表现出良好的spread-error一致性。通过Continuous Ranked Probability Score——严格proper评分规则衡量预报 measure与真实条件分布之间的偏差——评估的随机ensemble持续优于等规模的确定性ensemble，尽管其RMSE更高。准确性地识别出耦合随机系统的 well-posedness 作为一个重要的开放问题。
引用
@article{arxiv.2603.26693,
title = {Structure-preserving stochastic parameterization of a barotropic coupled ocean-atmosphere model with Ornstein--Uhlenbeck noise},
author = {Kamal Kishor Sharma and Peter Korn},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.26693},
year = {2026}
}