Observation impact assessment on the prediction of the Earth system dynamics using the adjoint-based method

Математические модели земной системы служат мощным и эффективным инструментом, используемым для изучения поведения процессов, протекающих в сферических оболочках нашей планеты, в прошлом, настоящем и для прогнозирования их в будущем, учитывая внешние воздействия. Качество моделирования и прогнозирования природных процессов с применением соответствующих математических моделей в значительной степени зависит от информации об исходном состоянии рассматриваемой системы. Данная информация является результатом измерений, осуществляемых на сети наблюдательных станций и с помощью средств дистанционного зондирования. Поскольку развитие средств наблюдения является очень дорогостоящим мероприятием, представляется очень важным иметь возможность оценивать эффективность как существующей так и планируемой наблюдательной сети. Цель настоящей работы состоит в том, чтобы, с одной стороны, рассмотреть подход, основанный на сопряженных уравнениях, позволяющий оценивать влияние различных наблюдений на точность прогнозирования эволюции основных компонентов земной системы (атмосферы и океана) и, с другой стороны, проиллюстрировать применение этого подхода на примере двух хаотических малопараметрических динамических систем и глобальной модели ACCESS (моделирование австралийского климата и земной системы), используемой в Австралийском метеорологическом бюро для моделирования и прогнозирования погоды и климата. Результаты численных экспериментов демонстрируют высокие возможности метода сопряженных уравнений, который позволяет ранжировать измерительную информацию, получаемую с помощью различных технических средств, по степени ее важности, а также оценить влияние наблюдений на качество прогнозов.