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Multigrid methods for improving the variational data assimilation in numerical weather prediction = 수치예보의 변분자료동화 개선을 위한 다중격자방법
서명 / 저자 Multigrid methods for improving the variational data assimilation in numerical weather prediction = 수치예보의 변분자료동화 개선을 위한 다중격자방법 / Youn-Hee Kang.
저자명 Kang, Youn-Hee ; 강윤희
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2013].
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초록정보

There are two necessary conditions to solve NumericalWeather Prediction models, initial and boundary conditions. Especially, the initial condition has an important bearing on the model performance. To get a good initial condition, many data assimilation technique have been developed for meteorology and oceanography. Currently, the most commonly used for operational applications are 3 or 4 dimensional variational data assimilation method. In this paper, we study the minimization iteration procedure in 3 dimensional variational data assimilation method. The numerical methods applied to the cost function minimizing process is usually iterative methods, for example the conjugate gradient. In this paper, we apply the multigrid methods based on cell centered nite di erence (CCFD) on the variational data assimilation to improve the iterative minimization procedure.

기상예보모델을 풀기위해서는 2가지 필수 조건인 초기조건과 경계조건이 필요하며, 특히 초기조건은 모델의 성능과 관련된 중요한 요소이다. 이러한 초기장의 품질은 향상시키기 위해, 대기와 해양 분야에서 많은 자료동화 기술들이 개발되어왔다. 현재 가장 일반적으로 현업 기상예보에 적용되는 자료동화 방법은 3차원 또는 4차원 변분자료동화 방법이다. 본 논문에서는 3차원 변분자료동화의 최소화 과정에 대한 연구를 하였다. 변분자료동화방법은 관측 정보의 공간적 영향과 변수간의 영향을 결정하기 위한 배경오차공분산, 관측 자료 와 관측 연산자(모델격자 상의 모델 값들로 관측지점의 모델 값을 보간하고 모델의 변수를 관측 변수로 변환), 그리고 비용함수의 최소화 과정으로 구성된다. 여기서 최소화 과정은 오차 분포와 배경장을 이용해 최대우도를 가지는 값을 찾는 과정이다. 이때 관측 오차 분포가 정규분포라 가정하면, 비용함수는 2차 형식으로 표현된다. 그러면 비용함수의 최소값을 찾는 문제는 비용함수의 기울기함수가 0인 값을 찾는 문제가 된다. 따라서 이 비용함수의 최소화 과정의 오차가 분석장에 미치는 영향이 큼을 알 수 있고, 이를 개선함으로써 자료동화의 개선도 기대할 수 있다. 보통 최소화 과정의 비용함수에 적용되는 수치기법들은 켤레구배법과 같은 반복법들이다. 본 연구에서는 중앙차분법 상의 다중격자방법을 적용하여 변분자료동화의 반복적인 최소화 과정을 개선하고자 한다. 먼저 자료동화 시스템에 적합한 다중격자 방밥의 요소들을 구성하고, 성능 테스트를 통해 적절한 요소들로 다중격자 방법을 3차원 변분자료동화 시스템에 구축하였다. 마지막으로 이상화된 지면온도 자료동화 실험은 통해 켤레구배법을 사용한 자료동화의 결과와 비교하였다. 그 결과 적용한 다중격자 방법이 규준실험 보다 더 적은 반복회수로 비슷한 품질의 분석장을 생산하는 결과를 얻었다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DMAS 13001
형태사항 ⅴ, 26 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 강윤희
지도교수의 영문표기 : Do-Young Kwak
지도교수의 한글표기 : 곽도영
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 수리과학과,
서지주기 References : p. 22-23
주제 Data Assimilation
Minimizing process
Multigrid methods
자료동화
최소화 과정
다중격자방법
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