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Excitation of Rossby-wave trains: optimal growth of forecast errors

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Singular vectors (SVs) with appropriate norms and time scales are used in this study to capture the excitation of Rossby-wave trains (RWTs). Using global analysis data provided by the Canadian Meteorological Centre, a long-lasting RWT is selected beginning on 19 Nov 2002. Ten SVs are calculated using an optimization time interval of 48 h and a tangent linear model including a complete set of simplified physical parameterizations. At initial time, the global total-energy norm is used. For the final time, the total energy (TE) and the rotational kinetic energy (RKE) norms over three different restricted horizontal and vertical domains are used. These different configurations are examined to enable an appropriate configuration to be selected for our future work on using SVs to study the excitation of RWTs. The SVs are computed and non-linear forecasts are performed using the Canadian Global Environment Multiscale model. Results obtained show that when the analysis is perturbed with the pseudo-inverse of the 48 h forecast error in the SV subspace, the perturbation propagates with the group velocity of the RWT and the error in the non-linear forecast over the life of the wave train (6 days) is significantly reduced. Comparison between using a final-time norm based on either TE or RKE showed little impact.

Singuläre Vektoren (SVs), berechnet auf der Grundlage entsprechender Normen und Zeitskalen, werden hier verwendet, um die Anregung von Rossbywellen-Zügen (RWZs) zu beschreiben. Unter Verwendung globaler Analysen des Canadian Meteorological Centre wird ein lange andauernder RWZ beginnend am 10. November 2002 ausgewählt. Zehn SVs werden für ein Optimierungsintervall von 48 h unter Verwendung eines tangenten-linearen Modells berechnet, welches den kompletten Satz der vereinfachten Physik-Parametrisierungen enthält. Die globale "Total-Energy" (TE; Gesamtenergie) Norm wird zur Anfangszeit verwendet. Am Ende des Optimierungsintervalls werden die TE-Norm und die rotationelle kinetische Energie (RKE) Norm verwendet, berechnet über drei verschiedene horizontal und vertikal begrenzte Gebiete. Diese verschiedenen Konfigurationen werden mit dem Ziel verwendet, eine passende Konfiguration für unsere zukünftigen Arbeiten zur Verwendung von SVs im Studium der Anregung von RWZs auswählen zu können. Die SVs werden berechnet und nichtlineare Vorhersagen werden mit dem Canadian Global Environment Multiscale Modell durchgeführt. Ergebnisse zeigen, dass die Störung – wenn die Analyse durch den pseudoinversen 48 Stunden-Vorhersagefehler im SV Unterraum gestört wird – sich mit der Gruppengeschwindigkeit des RWZ ausbreitet, und dass der Fehler in der nichtlinearen Vorhersage über die Lebensdauer des Wellenzuges (6 Tage) signifikant reduziert ist. Vergleiche zwischen Experimenten, die als Endnorm TE oder RKE verwenden, zeigen geringe Auswirkung.

Document Type: Research Article

DOI: http://dx.doi.org/10.1127/0941-2948/2007/0247

Publication date: December 1, 2007

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