基于動力學模態分解的200 hPa急流模態特征分析

作者：高梅,曹小群,劉柏年,韓梓航,侯士成,陽國貴

摘要：提出基于動力學模態分解(Dynamic Mode Decomposition,DMD)的大氣運動數據分析方法,目的是改進對大氣運動特征的認識。首先,采用DMD方法對200 hPa急流運動流場進行模態分析,從中得到了急流天氣系統運動變化過程中的主要模態和對應頻率以及模態隨時間衰減/增長等信息。這些模態是對流場演化特征的低維描述,反映了蘊含在流場中的動力學特征,可用于實現高維復雜流場的低維近似表示。其次,建立了200 hPa急流運動流場演化的動力學降階模型,能夠重構和預測急流運動流場的動態發展過程。結果表明:通過對前6階主要模態所包含的流場信息進行對比分析,DMD方法成功捕捉到了200 hPa急流運動流場不同尺度的流動結構,直觀地顯示了不同頻率流場之間的差別,表明了DMD方法在對復雜大氣動力學系統進行模態分解時的優勢。通過不同時刻,模態疊加的重構流場與真實流場的直觀比較,表明DMD方法只由前面6階模態就能基本包含原始流場的流動信息,從而實現流場的準確重構。

發文機構：國防科技大學信息通信學院 國防科技大學氣象海洋學院 蘭州大學大氣科學學院 國防科技大學計算機學院

關鍵詞：高空急流動力學模態分解降階模型穩定性分析多尺度分析high jetdynamic mode decomposition(DMD)reduced-order modelstability analysismulti-scale analysis

分類號： R74[醫藥衛生—神經病學與精神病學]