本书重点对比、分析数据同化领域两大主流数据同化方法集合卡尔曼滤波(EnKF)与四维变分同化(4DVar)各自的优势与不足，推出实现两者优劣互补的NLS-4DVar。进一步，从样本生成与更新、高效局地化、多重网格NLS-4DVar以及整体校正初始与模式误差的NLS-i4DVar等多角度、递进式对NLS-4DVar方法予以介绍，还配以算法实现的伪代码；第7-9章则为NLS-4DVar的应用，其中第7章主要介绍NLS-4DVar方法在目标观测上的应用，而第8-9章则重点介绍基于NLS-4DVar所构建的多源、多尺度数值天气预报数据同化系统SNAP以及首获“全球碳计划”认证的中国自主全球大气碳反演系统“贡嘎”。

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