海洋大气资料同化基础与应用

课程编码：070701M05006H 英文名称：Ocean-Atmoshpere Data Assimilation and Its Applications 课时：40 学分：2.50 课程属性：专业普及课 主讲教师：郑飞等

本课程介绍资料同化要解决的主要问题、基本思想和目前主流方法和算法。针对的学生主要有两类：第一类是具有地学或大气/海洋科学背景，希望能够掌握资料同化这一知识和其中的关键技术，解决其研究领域的科学或应用问题；第二类是希望进一步研究资料同化的理论、方法以及算法。通过这个课程的学习，要求掌握资料同化的统计学理论基础、变分方法和集合方法的推导和算法的实施，并通过课后上机运行，获得解决实际应用的具体经验。

高等数学、计算机编程

第一章 引言：什么是资料同化？ 3学时 朱江
第1节 什么是资料同化？
第2节 资料同化解决什么问题？-状态估计
第3节 资料同化解决什么问题？-参数估计
第4节 资料同化解决什么问题？-观测系统设计
第5节 资料同化解决什么问题？-机理研究
第二章 基础知识：概率论与统计学等 3学时 郑飞
第1节 概率论与统计学
第2节 矩阵的定义与基本运算
第3节 资料同化的发展和几种简单的同化方法
第三章 资料同化的主要思想 3学时 朱江
第1节 资料同化的主要思想
第2节 资料同化中真值的定义
第3节 资料同化中的主要假设
第四章 三维变分方法 3学时 朱江
第1节 资料同化方法的发展历史
第2节 三维变分方法的导出和问题求解
第3节 背景误差协方差矩阵B和一个海洋资料同化3DVAR例子
第五章 四维变分方法（1） 3学时 朱江
第1节 强约束四维变分问题的数学描述
第2节 切线性方程/模式（Tangent linear equation/model）
第3节 伴随方程/模式（adjoint equation/model）
第六章 四维变分方法（2） 3学时 朱江
第1节 从拉格朗日乘子法导出伴随方程
第2节 如何编写切线性模式和伴随模式的程序
第3节 弱约束四维变分等问题
第七章 卡尔曼滤波 3学时 郑飞
第1节 卡尔曼滤波历史
第2节 一个应用的例子
第3节 两种导出方法
第八章 集合卡尔曼滤波（1） 3学时 郑飞
第1节 从卡尔曼滤波到集合卡尔曼滤波
第2节 集合卡尔曼滤波的分析与应用
第3节 EnKF的几种改进分析方案
第九章 集合卡尔曼滤波（2） 3学时 郑飞
第1节 集合同化中的局地化问题
第2节 模式误差与滤波发散
第3节 集合预报方法初步介绍
第十章 集合预报与可预报性研究 3学时 郑飞
第1节 集合预报的检验
第2节 一个例子：Ensemble-mean Dynamics
第3节 可预报性研究简介
第十一章 可预报性研究（2） 3学时 郑飞
第1节 ENSO可预报性的两个举例
第2节 目标观测的概念与应用
第3节 人工智能与资料同化
第十二章 耦合模式的资料同化研究进展 3学时 郑飞
第1节 耦合框架下的海洋资料同化
第2节 弱耦合资料同化
第3节 强耦合资料同化
第十三章 期末总复习 2学时 郑飞
第1节 资料同化方法的发展回顾
第2节 课程知识点总结归纳
第十四章 集中答疑与期末考试布置 2学时 郑飞
第1节 集中答疑
第2节 答疑+课程考核方式介绍

郑飞，博士，研究员/博士生导师。现工作于中国科学院大气物理研究所国际气候与环境科学中心，主要从事海气相互作用、短期气候预测和资料同化方面研究。
朱 江，博士，研究员/博士生导师。曾任中科院大气物理所所长和全球海洋资料同化试验（GODAE）科学委员会成员。主要研究领域为资料同化的方法研究以及在大气、海洋和环境中的应用。