In a global numerical weather prediction (NWP) modeling framework we study the implementation of Gaussian uncertainty of individual particles into the assimilation step of a localized adaptive particle filter (LAPF). We obtain a local representation of the prior distribution as a mixture of basis functions. In the assimilation step, the filter calculates the individual weight coefficients and new particle locations. It can be viewed as a combination of the LAPF and a localized version of a Gaussian mixture filter, i.e., a Localized Mixture Coefficients Particle Filter (LMCPF). Here, we investigate the feasibility of the LMCPF within a global operational framework and evaluate the relationship between prior and posterior distributions and observations. Our simulations are carried out in a standard pre-operational experimental set-up with the full global observing system, 52 km global resolution and $10^6$ model variables. Statistics of particle movement in the assimilation step are calculated. The mixture approach is able to deal with the discrepancy between prior distributions and observation location in a real-world framework and to pull the particles towards the observations in a much better way than the pure LAPF. This shows that using Gaussian uncertainty can be an important tool to improve the analysis and forecast quality in a particle filter framework.


翻译:在全球数字天气预测(NWP)模型框架中,我们研究在本地适应性粒子过滤器(LAPF)的同化步骤中实施高斯粒子的不确定性,我们从当地获得对先前分布的表示,作为基础功能的混合体。在同化步骤中,过滤器计算个体加权系数和新粒子位置。可视为LAPF和高斯混合过滤器本地版本的结合,即本地化混合节能粒子过滤器(LMCPF)。在这里,我们在全球操作框架内调查LMCPF的可行性,并评估先前和后方分布与观测之间的关系。我们的模拟是在标准操作前试验设置中进行的,与整个全球观测系统、52公里全球分辨率和10美分6元模型变量一起进行。计算了同化步骤中粒子移动的统计。混合方法能够处理以前分布与实际世界框架中观测地点之间的差异,并将微粒子拉向观测点,比纯的LAPPF框架要好得多。这显示,利用Gaus的不确定性来改进谷地分析工具的质量。

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