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利用伴随法优化非线性潮汐模型的开边界条件：Ⅰ.伴随方程的建立及“？… 总被引：7，自引：1，他引：6
本研究采用基于最优控制理论的伴随法,把观测资料同化到陆架海域潮汐数值模型中去,优化开边界条件,提高数值预报的精度。潮汐模型的控制方程为考虑平流项、非线性底摩擦和侧向涡动性项的非线性浅不方程组;采用Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子法建立了伴随模型。研究分两部分：第一部分即本文,建立非线性浅水方程模型的伴随方程、给出目标函数的梯度,并实现“孪生”数值试验;第二部分另文给出。 相似文献
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利用伴随法优化非线性潮汐模型的开边界条件Ⅱ.黄海、东海潮汐资料的同化试验 总被引：12，自引：4，他引：12
本研究基于最优控制理论,采用变分数据同化法,通过建立伴随模型,把观测资料同化到陆架海域潮汐数值模型中去,优化开边界条件,以便提高数值预报的精度.潮汐模型的控制方程为考虑平流项、非线性底摩擦和侧向涡动粘性项的非线性浅水方程组.在第Ⅰ部分建立伴随模型和进行“孪生”数值试验的基础上,给出利用验潮站的水位资料以及TOPEX/Poseidon卫星测高数据在黄海、东海进行变分数据同化试验的数值结果.试验表明利用上述资料对模型进行变分同化校正是可行的. 相似文献
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非线性效应对浅水水波变形的影响 总被引：3，自引：0，他引：3
本文采用波数矢量无旋和波能守恒方程建立了一个考虑非线性作用的浅水水波变形数值模型,模型中采用Ｂａｔｔｊｅｓ关系与波数矢量无旋,波能守恒方程一起来求解波浪在浅水中变形的波浪要素,在波能守恒方程中考虑了底摩擦的影响。利用本文提出的数值模型对一个斜坡浅滩水域波浪折射绕射现象进行了验证,验证计算中用一个非线性经验弥散关系近似浅水水波变形的非线性效应并与用线性弥散关系的计算结果进行了比较,结果说明使用非线性 相似文献
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通过改进二阶全非线性 Boussinesq 波浪方程中的色散项,得到了一组没有改变原方程的数学形式但适用于更大变化水深的新方程,其色散性能和变浅性能都比原方程有了很大改进,所适用的水深范围更大,能更好地描述从深水到近岸浅水处的波浪传播;并基于新方程建立了波浪数值模型,通过模拟波浪从浅水到深水的传播变形来验证新方程的有效性. 相似文献
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把利用正交潮响应方法对 2 4 8个周期超过 6年的南中国海的TOPEX/Poseidon卫星高度计资料进行潮波分析提取的沿轨分潮调和常数同化到二维非线性潮汐数值模式中去 ,优化模型中的开边界条件和底摩擦系数 ,模拟了南海m1 和M2 分潮的潮汐。所用的同化方法是伴随同化。根据计算结果给出了m1 和M2 分潮的同潮图。计算结果与 5 9个验潮站资料的比较结果是 :m1 分潮的振幅和迟角的平均绝对误差分别是 4.8cm和 8.7°;M2 分潮的振幅和迟角的平均绝对误差分别是 4.3cm和 1 1 .0°,表明计算结果与验潮站资料符合良好。研究结果表明 ,利用伴随同化方法把TOPEX/Poseidon资料同化到潮汐数值模式中去对模式进行校正是有效的 相似文献
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1994年发生在台湾海峡的一次地震海啸的数值模拟 总被引：19，自引：0，他引：19
建立了一个地震海啸数值模式,模式包含越洋海啸传播部分和近岸海啸变形部分,在越洋海啸传播部分中采用线性浅水方程,使用蛙跃格式求解,并且选择合适的空间步长与时间步长,使差分格式中产生的数值频散与包辛尼斯克方程中的物理频散一致,这样在不影响海啸数值计算精度的前提下,节省了计算机的机时与内存.在近岸海啸变形部分的计算中,考虑了非线性对流项与海底摩擦项.同时该模式采用了多重网格嵌套技术,提高了所关心地区的计算精度.利用这个地震海啸模式模拟了1994年发生在台湾海峡的一次地震海啸,结果与观测记录较吻合.这个模型已用于我国沿海核电站可能最大地震海啸的数值计算. 相似文献
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自从1952年Hansen提出用数值计算的方法求解潮汐方程以来,数值计算方法在国外已有了长足的进展,国内也得到了越来越多的应用。1969-1978年,在潮流大面预报工作中,我所与国家海洋局科技情报研究所等单位合作,对黄海东部、东海、朝鲜海峽、台湾海峡等海区进行了潮汐潮流的数值计算。在这些计算中,略去了非线性平流加速度的影响,这在水较深的中型海区是完全允许的;但在浅海,当未扰动水位之上的水表面高度可与平均水深相比拟时,平流项就不能省略。一九七九年,山东海洋学院王化桐等人采用Leendertse的差分格式对胶州湾进行了数值计算,考虑了非线性平流加速度的影响,但该格式以海图0米等深线作为固定的水-陆边界,没有考虑到潮间带。为了计算近岸浅水海区的潮汐潮流,本文采用R.A. Flather和N.S. Heaps的格式,编制了在108-乙机上计算任意形状近岸浅水海区潮汐潮流的手编程序,并以胶州湾为例进行了试算。
在试算时,我们用四组计算对非线性平流加速度的影响和潮间带的影响进行了比较，得出了在胶州湾这样的潮间带约占四分之一的近岸浅水海区,潮间带的影响比非线性平流加速度的影响更加明显的结论。
这四组计算是：
I.不考虑潮间带(以平均水深0米作为固定的水-陆边界,并略去了平流项)；
Ⅱ.不考虑潮间带,但考虑平流项；
Ⅲ.考虑潮间带(海陆边界沿网格移动),但略宏平流项;
IV.考虑潮间带,又考虑平流项. 相似文献
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Liu等给出的最高导数为2的双层Boussinesq水波方程具有较好的色散性和非线性,基于该方程建立了有限差分法的三维波浪数值模型。在矩形网格上对方程进行了空间离散,采用高阶导数近似方程中的时、空项,时间积分采用混合4阶Adams-Bashforth-Moulton的预报—校正格式。模拟了深水条件下的规则波传播过程,计算波面与解析结果吻合较好,反映出数值模型能很好地刻画波面过程及波面处的速度变化;在kh=2π条件下可较为准确获得沿水深分布的水平和垂向速度,这与理论分析结果一致。最后,利用数值模型计算了规则波在三维特征地形上的传播变形,数值结果和试验数据吻合较好;高阶非线性项会对波浪数值结果产生一定的影响,当波浪非线性增强,水深减少将产生更多的高次谐波。建立的双层Boussinesq模型对强非线性波浪的演化具有较好的模拟精度。 相似文献
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The adjoint approach, one of the variational data assimilation (VDA) methods, is now widely used for fitting numerical models of meteorology and oceanography tO the observaions. The fundamental idea is to minimize a cost function, which is sum of Squares in the differences betweenthe data and their model counterparts, by adjllsting the independent model variables such as initialvalue, boundary value and Parameters. The numerical model is an operator maPPing the independent model variables i… 相似文献
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Estimation of boundary values in a North Atlantic circulation model using an adjoint method 总被引：2，自引：0，他引：2
A 1° × 1° resolution version of the MIT-GCM in the North Atlantic is used to test whether open-boundary conditions can be constrained by observations inside the domain using an adjoint method. In this preliminary feasibility study, the model is run during 1993 with a simplified vertical mixing physics. It is constrained by monthly SST fields, monthly climatological θ, S fields and TOPEX/POSEIDON altimetry. The adjoint model is built using automatic differentiation software. The method aims at bringing the model’s trajectory to consistency with data, by adjusting the initial θ, S fields, the time-varying atmospheric forcing fields and the time-varying open-boundary values. An originality of the work is the ‘nested approach’, which uses optimized fields from a global, coarser resolution model for the open-boundary conditions and for the prior estimates of the surface conditions adjustments. A solution is obtained after 75 iterations. This study shows that significant changes can be obtained on the open-boundary values, and that a general improvement in the circulation is achieved in the constrained solution, mainly in the Gulf Stream and equatorial regions. Changes at the open boundaries are characterized by a large temporal variability and small spatial scales. Large local adjustments are found close to the bottom and are likely unrealistic. There, the method tends to compensate for some model’s deficiencies by computing large corrections on the open-boundary values. The analysis of the cost function gradients with respect to the controls allows us to explore the local consistency between the constraints from the different data sets. This study suggests that no fundamental difficulty emerges when constraining open-boundary values. Its extension to a longer run with complete mixing physics can be envisaged. 相似文献
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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
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渤海M2分潮的伴随模式数值实验 总被引：18，自引：0，他引：18
根据渤海海域内M2潮汐调和常数的实测值,采用伴随方法来反演出开边界处的潮汐调和常数.为了取得较好的数值模拟结果,同时对给定的底摩擦系数进行了校正并对水深进行了微调.做了4个实验,并分别计算出调和常数的实测值与模拟值之差的绝对平均值:(1)只用19个验潮站的潮汐调和常数;振幅差为2.4cm,迟角差为5.0°.(2)只用37个观测点的高度计资料;振幅差为4.4cm,迟角差为5.7°.(3)同时利用19个验潮站的潮汐调和常数和37个观测点的高度计资料;振幅差为5.5cm,迟角差为8.5°.(4)同时利用19个验潮站的潮汐调和常数和14个观测点的高度计资料;振幅差为3.3cm,迟角差为5.6°.4个实验结果都较好地体现了渤海M2潮波的特征. 相似文献
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