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1.
数据同化利用观测信息对模型状态场调整的同时也可以对数值模型中的不确定参数进行估计,从而改进数值模型,提高数值模拟的精度。本文基于集合调整卡尔曼滤波方法,采用广义坐标系统的美国普林斯顿大学海洋模式的外模式开展了渤海和部分黄海海域M2分潮模拟中的水深估计研究。理想数据同化试验结果表明,集合调整卡尔曼滤波方法能很好地降低模式模拟的水位误差并反演出“真实”的水深参数。而在NAO.99Jb和验潮站数据的实际数据同化试验中,与验潮站数据相比较,水深参数估计后,模式模拟的M2分潮振幅与迟角误差分别降低了40.27%和49.19%。 相似文献
2.
深层叶绿素最大值(Deep Chlorophyll Maximum,DCM)现象的数值模拟是研究海洋表层生态系统和全球碳循环的重要组成部分之一。但是由于自身的复杂性和观测的局限性,数值模式中物理参数的不确定性给模拟结果带来了一定程度的误差。其中,垂向湍流扩散系数(vertical turbulence diffusion)是模式所包含的物理参数中很难直接通过观测来确定的参数,它在模式中的来源和取值往往具有很大的不确定性。本文通过条件非线性最优(参数)扰动(Conditional nonlinear optimal perturbation related to parameter,CNOP-P)方法,研究了垂向湍流扩散系数的不确定性对模式模拟结果的影响。我们发现,垂向湍流扩散系数对DCM模拟产生最大影响的CNOP型扰动位于生产力层的上半部分。并且,去掉生产力层内湍流扩散系数的误差,模式模拟的改进程度最高达到了80%。可见,垂向湍流扩散对生态系统的发展和保持起着极其重要的作用,改进垂向湍流扩散系数的不确定性,对DCM的数值模拟有着重要意义。 相似文献
3.
海洋上层垂向混合在模式中发挥重要的作用,以往的研究表明垂向混合的不足使得模拟的海洋温度和混合层深度与观测存在显著偏差。前人提出一种修正方案,考虑波浪产生的垂向混合,将由表面风作用下产生的波浪这样一个实际物理过程的湍混合进行参数化,其结果被证实能够显著提高模式模拟和预报的准确性。本文首次将浪致混合引入海气耦合的古气候模式,基于末次冰盛期和工业革命前2种不同的气候条件,探究浪致混合在海气耦合模式中的作用。在不同气候背景下,由于风场强度的不同,导致末次冰盛期浪致混合的强度小于工业革命前,但2个气候时期都体现出中纬度混合强度最大的特点。将浪致混合加入到气候模式中,模拟结果表明：中纬度海域2个时期都出现海表面降温而次表层升温的现象,但末次冰盛期的表面降温强度弱于工业革命前状态;不同月份下的模拟结果显示,在南北半球的夏季,海洋表层温度的降温最为显著。中纬度海域海洋上混合层深度在年平均条件下2个气候背景时期都出现加深现象,但末次冰盛期的加深程度弱于工业革命前;不同月份下的模拟结果显示,在南北半球的冬季,混合层加深的变化达到极值。另一方面,在高纬度海域,末次冰盛期的海表面温度出现了显著升高,这是由于浪致混合导致海冰的减少进而引发海洋表层升温。最后将末次冰盛期的模拟结果与代用资料进对比,发现浪致混合使得72%的数据点模拟结果与代用数据的差异减少。 相似文献
4.
文章建立了基于真实场驱动的三维物理—生态耦合模型, 利用模型定量分析了夏季南海北部上升流和羽状流过程对浮游植物生物量空间分布的影响程度及作用机制。首先, 利用2006—2008年卫星遥感数据及2006与2008年夏季观测数据对模型进行了验证, 结果表明, 模型能较好地再现夏季南海北部上升流和羽状流过程, 较好地反映出浮游植物的空间分布特征。模拟分析结果显示, 夏季南海北部浮游植物主要分布在50m等深线以内。琼州海峡东部海域和汕头海域浮游植物垂向分布较为均匀, 上升流的贡献均达到90%以上, 表层水平平流输送是浮游植物主要的汇, 生物过程是浮游植物的源。珠江口和汕尾海域浮游植物存在表层和次表层两个高值区, 羽状流贡献35%~40%, 主要促进表层浮游植物生长, 而上升流贡献60%~65%, 主要促进中底层浮游植物的生长。粤西海域上升流对浮游植物的贡献占92%, 主要促进中底层浮游植物生长, 而表层浮游植物浓度极低。整体上, 夏季南海北部上升流和羽状流主要是通过输送营养盐的方式影响浮游植物的生长。上升流对营养盐的输送作用是向岸方向的爬升输送和平行于等深线的沿岸流输送共同作用的结果。跃层的存在改变了营养盐的垂向输送过程, 是导致上升流和羽状流过程对不同水层浮游植物贡献差异的关键因素之一。整体而言, 夏季南海北部浮游植物空间分布差异是以上升流、羽状流主导, 环流—营养盐—生物过程共同作用的结果。 相似文献
5.
基于 Biot-Stoll 模型声速反演中的参数选择——以南海南部沉积物为例 总被引：1，自引：0，他引：1
研究海底表层沉积物性质对海洋矿产资源探测、海洋工程建设等有重要的意义。Biot-Stoll模型可以模拟预测海底沉积物的物理性质,但采用不同的参数模拟的效果不同。Stoll参数是各种海洋环境下模型达到最佳预测的单一数值的形式;Schock参数则是对渗透率、孔隙大小、沉积物孔隙曲折度等修改后的函数表达式形式,更接近沉积物实际情况。采用Stoll参数和Schock参数分别计算了南海南部海区海底沉积物纵波速度,并对南海南部沉积物样品进行了计算和实测对比,结果表明,采用Stoll参数计算误差较大,平均为3.962%;采用Schock参数计算误差较小,平均为0.847%。因此,在南海南部海区采用Schock参数预测海底表层沉积物物理性质更准确。 相似文献
6.
深层叶绿素最大值(deep chlorophyll maximum,DCM)现象是海洋与湖泊中普遍存在的生态现象。对其进行数值模拟时,参数不确定性是导致模拟结果出现误差的重要原因。基于一个经典海洋生态模式(nutrients-phytoplankton model,NP),本文通过最优参数敏感性分析(optimization parameter sensitivity analysis,OPSA)方法探讨了模式参数不确定性对DCM模拟的影响。研究表明,背景场浑浊度、垂向湍流扩散系数、浮游植物营养盐含量和硝酸盐再循环系数为模式中的敏感参数,它们的扰动将导致DCM模拟发生显著改变。进一步,设计观测系统模拟试验评估了消除敏感参数误差DCM模拟的改进程度。结果显示,去除4个敏感参数误差DCM模拟平均改进了56.83%,约是去除不敏感参数误差平均改进程度(4.51%)的13倍。而且,去除敏感参数误差模拟改进的稳定性更好,变异系数仅为9.44%,去除不敏感参数误差模拟改进的变异系数达到了14.76%,稳定性较差。据此,可优先发展与敏感参数直接相关的动力过程参数化方案,或在有限的观测资源下优先对敏感参数展开目标观测,进而为提高DCM模拟与预测提供科学指导。 相似文献
7.
为确定海马齿生长的相关参数，对海马齿进行了室内水培实验，连续监测海马齿生长及生态因子状况。考虑营养盐循环，基于一级衰减模式构建海马齿生长模型。使用基于单纯形实验设计的Morris法进行全局定性灵敏度分析发现，对所有状态变量均敏感的参数为氨氮硝化率和有机氮矿化常数，表明所构建模型主要由氮的循环系统所支配；最适光照是对海马齿生长最为灵敏的参数，光照是影响海马齿生长的最主要生态因子。以各状态变量的最大均方误差为代价函数，使用模拟退火算法对模型参数进行优化及确定，选取多指标对模型进行评估。结果表明，模拟值可以很好地拟合实测值，最大平均绝对百分误差为5.023%；对参数分析发现，海马齿对硝酸盐氮的吸收具有一定的偏向性，对磷具有较高的耐受性；海马齿生长速率较快，具有一定的开发前景。 相似文献
8.
Argo浮标观测已成为全球海洋观测系统的重要支柱,但因缺乏表层观测,使得Argo观测资料在海洋和大气研究中的应用仍有一定的局限性。基于一个简化的海洋温度参数模型,由Argo剖面观测及气候态数据所确定的垂向海洋温度参数,得到表层与次表层温度的函数关系,进而利用太平洋海域的Argo次表层温度数据来推算表层温度场。其中,海温参数模型的相关参数采用最大角度法求得,利用此方法得到的混合层深度,温跃层梯度,温跃层下边界等参数较以往的迭代法更精确。与传统采用外插方式得到的表层温度场及卫星反演的SST相比,推算的Argo表层温度与GTSPP、Argo NST等实测资料的标准差有了显著地降低;与Argo NST现场观测数据的相关性分析也表明,推算的表层温度与实测资料有着更好地一致性;通过相关分析检验,在理论上验证了在太平洋海域利用海温参数模型推算海表温度的可行性。本研究为弥补当前Argo资料缺乏表层观测的缺陷,构建完备的Argo网格化温度数据集提供了新途径,具有重要的科学意义和应用价值。 相似文献
9.
提出了一种以海表面温度为输入参数的海水温度分层模型。以2005—2012年的Argo气候态数据集与Argo浮标数据为基础,采用相对梯度法对海水温度垂向结构进行了分层,并据此获取了各层拟合方程所需的参数,包括:混合层深度、混合层梯度、温跃层上界深度、温跃层下界深度、深层大洋起始深度以及方程拟合系数。本文通过世界大洋数据库09版的CTD、XBT实测剖面数据对模型进行了检验。检验结果表明,该模型可以有效地对海水温度结构进行模拟,特别是400m以上的中上层大洋。模拟结果的总体均方根差(RMSE)为0.778℃,而在水深400m以上的中上层区域误差为0.494℃。 相似文献
10.
南海上层海洋温度垂向结构对海洋气候研究及海洋防灾减灾具有重要意义,然而由于现场观测数据有限,很难获取高时空分辨率的网格化数据。基于 2007–2021 年的 Argo 剖面数据、海面高度异常数据和月平均气候态数据,评估了两层动力模型和多层回归模型在南海海区反演海洋温度结构的性能。两层动力模型反演得到的 26 ℃(D26)与 20 ℃(D20)等温线深度的均方根误差分别 13.25 m 和 21.12 m,多层回归模型的 D26、D20 均方根误差分别 11.55 m 和 14.32 m。通过对比 2 种模型的结果：多层回归模型在时间与空间上反演结果性能更佳。2 种模型反演的南海上层海洋热含量空间分布较为一致,均能应用于台风“威马逊”的强度评估;然而,在南海特殊的强内潮的背景下,2 种模型得到的 D20 性能都有所降低。 相似文献
11.
Based on the simulation of a marine ecosystem dynamical model in the Bohai Sea,the Yellow Sea and the East China Sea,chlorophyll data are assimilated to study the spatially varying control parameters (CPs) by using the adjoint method.In this study,the CPs at some grid points are selected as the independent CPs,while the CPs at other grid points can be obtained through linear interpolation with the independent CPs.The independent CPs are uniformly selected from each 30 × 30 area,and we confirm that the optimal influence radius is 1.2° by a twin experiment.In the following experiments,when only the maximum growth rate of phytoplankton (V m) is estimated by two given types of spatially varying CPs,the mean relative errors of V m are 1.22% and 0.94% while the decrease rates of the mean error of chlorophyll in the surface are 94.6% and 95.8%,respectively.When the other four CPs are estimated respectively,the results are also satisfactory,which indicates that the adjoint method has a strong ability of optimizing the prescribed CP with spatial variations.However,when all these five most important CPs are estimated simultaneously,the collocation of the changing trend of each parameter influences the estimation results remarkably.Only when the collocation of the changing trend of each parameter is consistent with the ecological mechanisms which influence the growth of the phytoplankton in marine ecosystem,could the five most important CPs be estimated more accurately. 相似文献
12.
We propose an algorithm of adaptive statistics of prognostic errors aimed at the assimilation of the climatic temperature
and salinity fields in a model of dynamics of the sea. The algorithm is used for the numerical solution of the proposed differential
equations for the dispersions of prognostic errors of temperature and salinity. The sources in the equations of advective
diffusion of heat and salt depend on the four-dimensional dispersions of prognostic errors and one-dimensional (along the
vertical coordinate) dispersions of measurement errors. The dispersions of prognostic errors are corrected at the times of
assimilation of the data. We perform the reconstruction and analysis of the climatic fields of currents in the Black Sea.
It is shown that the structure of the fields of dispersions in the upper mixed layer is determined by the vertical diffusion.
Below this layer, the distribution of dispersions depends on the vertical advection. The algorithm of adaptive statistics
of prognostic errors allows us to reconstruct the improved mutually adapted hydrophysical parameters with regard for the dynamics
of the dispersions of errors.
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Translated from Morskoi Gidrofizicheskii Zhurnal, No. 1, pp. 26–37, January–February, 2008. 相似文献
13.
JGOFS has revealed the importance of marine biological activity to the global carbon cycle. Ecological models are valuable tools for improving our understanding of biogeochemical cycles. Through a series of workshops, the North Pacific Marine Science Organization (PICES) developed NEMURO (North Pacific Ecosystem Model Understanding Regional Oceanography) a model, specifically designed to simulate the lower trophic ecosystem in the North Pacific Ocean. Its ability to simulate vertical fluxes generated by biological activities has not yet been validated. Here compare NEMURO with several other lower trophic level models of the northern North Pacific. The different ecosystem models are each embedded in a common three-dimensional physical model, and the simulated vertical flux of POM and the biomass of phytoplankton are compared. The models compared are: (1) NEMURO, (2) the Kishi and Nakata Model (Kishi et al., 1981), (3) KKYS (Kawamiya et al., 1995, 2000a, 2000b), and (4) the Denman model (Denman and Peña, 2002). With simple NPZD models, it is difficult to describe the production of POM (Particulate Organic Matter) and hence the simulations of vertical flux are poor. However, if the parameters are properly defined, the primary production can be well reproduced, even though none of models we used here includes iron limitation effects. On the whole, NEMURO gave a satisfactory simulation of the vertical flux of POM in the northern North Pacific. 相似文献
14.
随着海洋生态系统模型的发展，生态变量增多，众多生物过程参数量值的确定成为制约生态环境模拟的瓶颈问题，生态系统结构区域性要求模型中的生态参数具有区域差异。为探究不同海区的关键参数及参数敏感度的空间差异，本研究在渤、黄海建立了ROMS-CoSiNE物理–生物耦合的高分辨率生态系统模型，并对13种生态参数的敏感度空间分布进行分析。结果表明:南黄海中部与渤海及近岸海域的敏感度差异较大。渤海敏感度最大的参数为决定光合速率的浮游植物P-I曲线初始斜率，其次为浮游动物捕食半饱和常数和浮游动物最大捕食率。而南黄海中部敏感度最大的参数为浮游动物最大捕食率，其次为浮游植物死亡率和浮游植物P-I曲线初始斜率。结合敏感度分布及浮游植物生物量收支得出，渤海水体透明度较南黄海偏低、浮游植物生长光限制较强，是引起浮游植物P-I曲线初始斜率敏感度在渤海高于黄海的主要原因。浮游动物最大捕食率及浮游植物死亡率的敏感度空间差异，受渤、黄海浮游植物生物量差异的影响，与生态系统中的高度非线性特征有关。 相似文献
15.
中国近海生态动力学模型参数敏感性研究 总被引：3，自引：2，他引：1
In order to develop a coupled basin scale model of ocean circulation and biogeochemical cycling,we present a biogeochemical model including 12 components to study the ecosystem in the China coastal seas(CCS).The formulation of phytoplankton mortality and zooplankton growth are modified according to biological characteristics of CCS.The four sensitivity biological parameters,zooplankton assimilation efficiency rate(ZooAE_N),zooplankton basal metabolism rate(ZooBM),maximum specific growth rate of zooplankton(μ_(20)) and maximum chlorophyll to carbon ratio(Chl2C_m) are obtained in sensitivity experiments for the phytoplankton,and experiments about the parameter μ_(20'),half-saturation for phytoplankton NO_3 uptake(K_(NO_3)) and remineralization rate of small detritusN(SDeRRN) are conducted.The results demonstrate that the biogeochemical model is quite sensitive to the zooplankton grazing parameter when it ranges from 0.1 to 1.2 d~(-1).The K_(NO_3) and SDeRRN also play an important role in determining the nitrogen cycle within certain ranges.The sensitive interval of KNO_3 is from 0.1 to 1.5(mmol/m~3)~(-1),and interval of SEdRRN is from 0.01 and 0.1 d~(-1).The observational data from September 1998 to July 2000 obtained at SEATS station are used to validate the performance of biological model after parameters optimization.The results show that the modified model has a good capacity to reveal the biological process features,and the sensitivity analysis can save computational resources greatly during the model simulation. 相似文献
16.
海洋的盐度观测对于气候和海洋科学的研究有重要的意义,盐度的卫星遥感观测需要估计各种因素带来的误差影响。本文基于海面微波辐射理论和海水相对电容率等模型,采用蒙特卡洛模拟方法研究了在盐度遥感中温度误差、仪器误差以及风速误差对于后续的盐度反演的影响。通过计算温度误差产生的盐度误差,并与敏感性方法的对比发现,在低温低盐时温度误差对盐度反演误差的影响较大,2种方法的偏差较大;而在高温高盐时温度误差对盐度反演误差的影响较小,2种方法的偏差较小。辐射计仪器噪声对盐度误差的影响普遍在0.1psu以上,在低温低盐时可达0.5psu以上。风速误差对盐度反演误差的影响在水平极化状态下随入射角增大,在温度低于20℃时普遍超过1psu;在垂直极化状态下随入射角先减小后增大,在温度低于20℃以及较小的入射角下误差也会超过1psu。对误差的综合分析发现,采用垂直极化状态在高温时这2种误差的影响较小。研究发现,当入射角是45.6°和垂直极化状态下,对于3种典型海面状态(35℃和35psu,20℃和35psu,5℃和30psu),反演的盐度反演误差可达到0.162,0.153和0.444psu,达到了卫星单次扫描对盐度反演的误差要求。 相似文献
17.
Current speed often varies with depth, so vertical movements of larvae are expected to have profound effects on dispersal velocity and therefore dispersal potential. Systematic behaviours are expected to have strong effects on dispersal. However, reliable information on the presence of vertical migrations in larvae is scarce, but the few well investigated empirical examples justify a detailed simulation study and an analysis of potential effects. We present a spatially explicit 3D hydrodynamic model that incorporates biological information in the form of active particles advected in a Lagrangian fashion. The set‐up is designed to analyze the sensitivity of dispersal distances to variation in vertical behaviour of larvae. We simulated short (4 days) pelagic larval durations (PLDs) to determine whether behaviour might be important over short dispersal periods. We found that sinusoidal behaviours (slow vertical migration) in or out of phase with tides did not significantly change the dispersal patterns compared to those of larvae that remained at the surface. By contrast, a quadratic pattern of behaviour resulting in rapid vertical migration, in or out of phase with tides, had dramatic effects on both distance and direction of dispersal. The resulting dispersal kernels were found to be multimodal due to the interaction between tidal and meteorological components in flow. Incorporating biological information on larval migrations in Lagrangian simulation of dispersal will be important in estimates of connectivity and forecasting marine reserve networks. 相似文献
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海洋生态系统动力学模型作为定量地认识和分析海洋生态系统现象的有力工具,近年来得到了长足发展。本文首先回顾了海洋生态动力学模型的发展历史,着重介绍了21世纪以来生态系统动力学模型的三大发展趋势:一是进一步探索海洋生态系统复杂性,二是全球气候变化与海洋生态系统的相互作用;三是不再局限于理论研究,而进入于灾害预报与评估、公共决策等应用领域。其次介绍了海洋生态动力学模型的分类及典型海洋生态动力学数值模型COHERENS的特点、功能和最新的应用情况。最后总结归纳了目前海洋生态动力学模型研究领域的几大问题与挑战,展望了该研究领域未来的发展趋势和方向。 相似文献
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基于Icepack一维海冰柱模式,以2014年中国第6次北极科学考察长期冰站ICE06的3个融池的辐射参量和气象参量的连续观测作为大气强迫数据,对融池反照率及相关参量进行了模拟。本文引入观测的融池深度及海冰厚度作为初始条件,通过考虑融池覆盖率的作用,改进了平整冰融池参数化方案中海冰干舷的计算,修正了冰上可允许的最大融池深度,成功实现了对融池参数变化的模拟;同时,还修正了入射辐射分量比例系数与对应反照率分量权重系数不一致的问题。标准试验中,模拟的3个融池的反照率与观测结果之间的平均误差分别为0.01、0.05和0.13;入射辐射比例的敏感性试验结果表明,当可见光辐射比例增大8%时,融池反照率的模拟结果增大了6%～8%;融池表面再冻结试验的结果显示,当再冻结冰层厚度小于2 cm时,模拟冰面反照率的增加不足0.006,由此引起的表面能量收支减少了约1.1 W/m2。本文研究指出,准确的入射辐射比例对于改善北极海冰反照率模拟是必要的;并指出目前模式仍存在融池表面再冻结参数化、热收支计算、表面吹雪效应等有待解决的问题。 相似文献