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書名:條件非線性最優擾動及其在大氣-海洋研究中的應用
ISBN:9787030817655
出版社:科學
著編譯者:穆穆 徐輝 戴國錕等
頁數:252
所在地:中國大陸 *此為代購商品書號:1732480
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本書全面系統地介紹了條件非線性最優擾動(conditional nonlinear optimal perturbations,CNOP)方法的理論基礎、多種數值求解方法及其在大氣和海洋科學中的廣泛應用。全書包括理論篇、數值求解篇和應用篇,共分8章。第1章是理論篇,介紹CNOP方法的理論基礎,對其提出背景、發展歷程、理論框架、物理意義以及數值求解方法進行了總體描述。第2章是數值求解篇,結合不同的數值模式,詳細介紹用多種不同策略的優化算法數值求解CNOP,包括伴隨方法、粒子群優化算法、差分進化算法、梯度定義法等。第3章至第8章是應用篇,分別介紹CNOP方法在厄爾尼諾-南方濤動春季預報障礙、颱風目標觀測、阻塞和北大西洋濤動可預報性、大西洋經圈翻轉環流研究、黑潮大彎曲路徑變異和黑潮入侵南海研究、陸地生態系統模擬不確定性研究中的成功應用。 本書彙集了穆穆院士及其團隊多年來應用CNOP方法研究大氣與海洋科學的豐厚成果,可供從事大氣和海洋科學的科研人員、高校教師、研究生和本科高年級學生,以及對應用非線性優化方法開展理論、觀測、數值模擬與預測研究感興趣的科研工作者閱讀使用,也可供應用數學與計算數學等相關領域的學者參考閱讀。
作者簡介
穆穆,中國科學院院士、發展中國家科學院院士、中國氣象學會會士、中國工業與應用數學學會會士、中國運籌學會會士、博士生導師、復旦大學特聘教授。1985年獲復旦大學基礎數學博士學位。研究領域涵蓋天氣與氣候可預報性、非線性大氣海洋動力學以及資料同化、集合預報、目標觀測等。現任國際氣象學和大氣科學協會(IAMAS)執委會委員與IAMAS中國委員會主席,《Advances in Atmospheric Sciences》共同主編、《中國科學:地球科學》與《Science China: Earth Sciences》副主編。曾任國際氣象學和大氣科學協會(IAMAS)動力氣象委員會(ICDM) 和行星大氣及其演變委員會(ICPAE)委員、國務院學位委員會大氣科學評議組召集人、國家自然科學基金委員會地球科學部第八屆專家諮詢委員會委員、美國氣象學會《Monthly Weather Review》與英國皇家氣象學會《Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society》 associate editor等。已發表學術論文200餘篇,2020-2024年愛思維爾中國高被引學者(大氣科學)。作為第一完成人,獲2001年度中國科學院自然科學一等獎與2023年度國家自然科學獎二等獎。2010年獲何梁何利基金科學與技術進步獎(氣象學獎)。
目錄
序
Foreword
前言
理論篇
第1章 理論基礎
1 1 CNOP方法提出的背景
1 2 CNOP方法及其物理意義
1 3 CNOP求解方法概述
1 3 1 伴隨梯度方法
1 3 2 無需伴隨的梯度方法
1 3 3 無需梯度的優化方法
1 4 CNOP方法應用研究概述
1 5 總結與討論
參考文獻
數值求解篇
第2章 條件非線性最優擾動的數值求解
2 1 用伴隨方法求解Zebiak-Cane模式的CNOP-I和CNOP-P
2 1 1 伴隨方法求解CNOP-I
2 1 2 伴隨方法求解CNOP-P
2 1 3 小結和討論
2 2 用粒子群優化算法求解Burgers方程的CNOP-I
2 2 1 粒子群算法的主體結構
2 2 2 粒子群算法相關參數及常規設定方法
2 2 3 粒子群算法求解Burgers方程CNOP-I數值試驗
2 3 差分進化算法求解CNOP-P
2 3 1 差分進化算法簡介
2 3 2 差分進化算法求解CNOP
2 3 3 差分進化算法求解CNOP-P數值試驗
2 3 4 小結和討論
2 4 梯度定義法求解CNOP
2 4 1 梯度定義法求解CNOP
2 4 2 梯度定義法求解CNOP-I示例
2 5 CNOP數值求解的延伸研究
參考文獻
應用篇
第3章 ENSO春季預報障礙問題
3 1 引言
3 2 CNOP-I在ENSO春季預報障礙研究中的應用
3 2 1 試驗設計
3 2 2 El Nino的春季預報障礙現象
3 2 3 導致春季預報障礙的初始誤差的發展機制
3 2 4 識別El Nino事件的目標觀測敏感區
3 3 CNOP-P在ENSO春季預報障礙研究中的應用
3 3 1 試驗設計
3 3 2 數值試驗結果
3 4 CNOP方法在ENSO春季預報障礙問題的延伸研究
3 5 結論和討論
參考文獻
第4章 颱風目標觀測
4 1 引言
4 2 CNOP和FSV識別的敏感區之異同
4 2 1 試驗設計
4 2 2 CNOP和FSV的結構對比
4 2 3 擾動發展對比
4 3 CNOP敏感區的有效性研究
4 3 1 理想回報試驗
4 3 2 觀測系統模擬試驗
4 4 颱風目標觀測的延伸研究
4 5 結論和討論
參考文獻
第5章 CNOP-I在阻塞和NAO可預報性研究中的應用
5 1 引言
5 2 T21L3斜壓准地轉模式
5 3 針對阻塞和NAO事件的非線性優化理論框架的構建
5 3 1 基於阻塞指數的最優初始擾動
5 3 2 基於NAO指數的最優初始擾動
5 4 阻塞發生的最優前期徵兆及其發生髮展機制
5 4 1 激發阻塞爆發的最優擾動
5 4 2 與流函數平方范數意義下CNOP的關係
5 4 3 阻塞爆發的動力機制
5 5 NAO最優前期徵兆和最快增長初始誤差
5 5 1 NAO發生的非線性最優前期徵兆以及發展機制
5 5 2 NAO發展過程中的非線性最快增長初始誤差
5 5 3 最優前期徵兆與最快增長初始誤差之間的關係
5 6 NAO事件的目標觀測研究
5 6 1 流依賴下NAO事件的目標觀測
5 6 2 非流依賴下NAO事件的目標觀測
5 7 阻塞和NAO事件可預報性延伸研究
5 8 結論和討論
參考文獻
第6章 CNOP在大西洋經圈翻轉環流研究中的應用
6 1 引言
6 2 模式
6 3 AMOC穩定性研究
6 4 AMOC多年代際變化研究
6 5 CNOP方法在AMOC研究中的延伸應用
6 6 結論和討論
參考文獻
第7章 CNOP方法在海洋環流可預報性研究中的應用——以黑潮大彎曲路徑變異與黑潮入侵南海的預報為例
7 1 引言
7 2 CNOP方法在黑潮大彎曲路徑變異研究中的應用
7 3 CNOP方法在黑潮入侵南海研究中的應用
7 4 CNOP方法在海洋環流可預報性研究領域的延伸應用
7 5 結論和討論
參考文獻
第8章 CNOP-P方法在陸地生態系統模擬不確定性研究中的應用
8 1 引言
8 2 模式、數據和方法介紹
8 3 氣候變化不確定性對陸地生態系統模擬不確定性影響的研究
8 3 1 溫度變化不確定性對凈初級生產力模擬不確定性的影響
8 3 2 降水變化不確定性對凈初級生產力模擬不確定性的影響
8 4 陸地生態系統模擬不確定性的關鍵物理過程和物理參數的識別
8 5 CNOP-P方法在陸面過程模擬不確定性的延伸研究
8 6 結論和討論
參考文獻
附錄一 本書縮寫詞索引
附錄二 非線性優化理論與算法簡介
A1 理論篇——非線性最優化的理論簡介
A1 1 最優化問題簡介
A1 2 凸集和凸函數
A1 3 凸函數的性質
A1 4 最優性條件
A2 計算篇——優化算法介紹
A2 1 無約束優化算法
A2 2 約束優化算法
A2 3 智能優化算法
A3 CNOP最大值原理
參考文獻
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