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传统的四维变分数据同化方法在同化观测资料的同时可以对数值模式参数进行优化,然而传统的四维变分方法需要针对不同的数值模式编写特有的伴随模式,因此算法的可移植性差,同时计算时耗费大量资源。本文提出了一种新的基于解析四维集合变分的参数优化方法,该方法以迭代搜索得到的模式参数为基准展开扰动并构建样本集合,由此显式地计算协方差矩阵,并得到代价函数极小值的解析解,从而避免了伴随模式的使用。基于Lorenz-63模型对该方法进行单参数和多参数数值试验和优化效果检验,并在不同的同化时间窗口长度和观测采样间隔情况下,采用传统四维变分方法与之进行对比,结果显示,新方法表现出与传统四维变分相同的优化性能,都能有效收敛到真值,而新方法不需要计算伴随模式,可移植性好。本文还测试了不同的集合成员个数和模式参数真值的情况下新方法的同化效果,结果表明,新方法对集合样本个数及模型参数真值不敏感,采用较少的集合样本即可完成数据同化。 相似文献
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本文利用中国气象局热带气旋资料中心最佳路径数据集、美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心大气再分析数据集和国家海洋信息中心的海洋再分析数据集,研究了路经南海热带气旋迅速加强(Rapid Intensification, RI)的年代际变化。在1951–2017年期间,路经南海的热带气旋主要发生在6–12月,其中发生RI的热带气旋集中在7–12月,且RI呈现年代际变化,这种变化和太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation, PDO)显著相关。在正PDO年,RI频数较少且主要分布在菲律宾群岛东部和南海北部;而在负PDO年,RI频数较多且分布在菲律宾群岛东部的大范围区域。路经南海热带气旋RI的年代际变化与PDO对大尺度海洋大气变量的调制有关。回归分析显示热带气旋潜热对路经南海热带气旋RI频数的年代际变化影响最大,而相对湿度的影响相对较小,垂直风切变的影响很小。 相似文献
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通过2014年和2019年观测资料分析了渤海夏季底层水体氧亏损空间分布的年际差异,同时首次揭示了黄河口东侧莱州湾口区域的氧亏损现象,并利用三维物理生态耦合模式ROMS-CoSiNE探究了氧亏损分布年际差异的影响因素。2014年秦皇岛外氧亏损区(以溶解氧(dissolved oxygen, DO)饱和度小于70%为统计范围)主要向东扩展,而2019年则向东南向扩展; 2014年黄河口外氧亏损区主要位于浅滩西南侧的深水洼地,而2019年则从浅滩西侧洼地延伸至黄河口外及莱州湾口区域。通过估算跃层存在期间底层水体的氧收支,得到垂向扩散和生物耗氧分别是底层DO浓度变化的主要源和汇。2014年和2019年秦皇岛外氧亏损空间分布的年际差异,与垂向扩散的差异有关,垂向扩散较弱的区域DO降低速率及降低量较大,氧亏损较强。2019年莱州湾口区域氧亏损与垂向扩散及跃层持续时间有关,较强的黄河径流与南风,有利于冲淡水的扩散,使得莱州湾口区域的跃层强度较大,垂向扩散较弱,DO降低速率较大,跃层持续时间较长,氧亏损强于2014年。此外, 2014年秦皇岛外区域和黄河口外洼地区域DO较低也主要是由2014年跃层持续较长导致,表明跃层持续时间是影响氧亏损年际差异的重要因素。本文中氧亏损年际差异的分析结果,可为将来渤海底层DO季节预测提供参考,具有一定的指导意义。 相似文献
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海底地貌复杂度表示了海底地貌不同类型的起伏与变化,是人类海洋认知、航海安全、海洋测绘等需要考虑的重要因素。面对网格化的数字深度模型,按照信息熵与坡度相结合的思路,提出了一个新的由信息熵度量的海底地貌复杂度的表示和计算模型。采用三阶有限差分法计算坡度参数,依据给出的坡度分类模型,得到不同坡度类别出现的概率,进而计算出海底地貌复杂度指数。使用渤海湾周围和美国西海岸数字高程模型数据样区作为实验对象,计算海底地貌复杂度指数,并将其与原始数据进行对比,结果表明本方法对地貌复杂的表示准确。 相似文献
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利用2017年9月在渤海共享航次中取得的湍流混合直接观测数据,本文研究了渤海海域湍流混合的空间分布特征及有关的影响因素。9月观测海区水体垂向层结较弱,莱州湾受黄河冲淡水影响出现高温低盐结构,位于渤海中央浅滩南北两侧洼地的双中心冷水结构依旧存在。湍流观测结果表明湍动能耗散率在10~(-9)～10~(-5)W/kg之间变化,统计上满足对数正态分布。耗散率强值区出现在辽东湾及渤海湾湾口近岸处,相应的垂向湍扩散系数约为10~(-6)～10~(-2)m~2/s。垂向上,水体表、底层混合较强,进一步研究发现弱层化水体的平均湍动能耗散率〈ε〉与风速和正压潮流速的大小存在正相关关系。另一方面,耗散率ε与浮性频率N近似满足ε=2.0×10~(-8)+3.0×10~(-7)(N~2/N_0~2)~(-5)的拟合函数关系,反映了层化对水体垂向混合的抑制作用。 相似文献
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基于IPCC-CMIP5的中国东部近海表层水温未来预估分析 总被引：1，自引：0，他引：1
近海海表温度（sea surface temperature，SST）的变化对我国沿岸海洋生态环境和渔业资源具有重要影响，研究其变化规律尤其是预估其未来变化一直是物理海洋学的重要研究课题。政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第五次评估报告（The fifth Assessment Report，AR5）对全球及部分典型区域的未来气候变化进行了预估，已成为全球公认的研究气候变化的科学依据。本文利用IPCC第五次评估报告的模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project phase 5，CMIP5）中五个具有代表性的模式（ACCESS1.3、BCC-CSM1.1、CCSM4、GFDL-ESM2G、MPI-ESM-MR），对未来80年（2030、2060、2090年）相对于2010年中国东部近海（渤海、黄海、东海）表层水温的年代际及季节性变化规律在RCP4.5气候情景下进行了预估分析。通过分析发现中国东部近海表层水温在未来80年内有明显升温趋势：从年代际上看，到2090年表层水温升温幅度达1.18—1.71℃，其中2030—2060年升温最快，2060—2090年升温速度减缓；从季节上看，不同海域不同季节表层水温升温幅度达1.16—2.04℃，中国东部近海各海区在夏季升温幅度较大，冬季较小。 相似文献
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黄海绿潮已成为中国近海一种新的自然灾害,对经济、环境等方面均有影响,研究黄海绿潮的生消过程及其影响因素,对进一步了解浒苔暴发机制、开展绿潮灾害防治工作有重要意义。基于拉格朗日运输模型(Larval TRANSport Lagrangian model,LTRANS),构建了可以模拟浒苔生长消亡的物理-生态耦合模型(Larval TRANSport Lagrangian model-Green Tide,LTRANS-GT),模拟了黄海浒苔漂移扩散和生长消亡过程,讨论了绿潮生物量季节变化特征及海表面温度、光照及氮磷营养盐在不同生消阶段所起到的作用。结果表明,在生长阶段,绿潮所在海域的海表面温度及光照处于适宜浒苔生长范围内,而氮磷营养盐浓度年际间差别较大。在消衰阶段,绿潮所在海域光照与生长阶段相比无明显差异,温度相较于生长阶段有着很明显的升高,且在浒苔消亡阶段末期平均温度均超过了26℃,温度的升高降低了浒苔的生长率,同时增加了浒苔的死亡率,此时氮磷营养盐均也处于较低水平。由敏感性试验结果发现,在生长阶段,海表面风场及表层流场的差异造成浒苔分布区域不同,带来的浒苔周围海域营养盐浓度差异是绿潮生长阶段年际差异的主导因素;在消衰阶段,温度的大幅上升及营养盐浓度的下降共同影响了绿潮消亡。 相似文献
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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
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运用复杂网络理论的分析方法,在世界海运船期数据的基础上,构建海洋货运网络。通过拓扑结构分析,描述了网络的空间格局,并采用k-core算法对网络进行分层,提出使用最大连通规模的相对大小及网络效率的相对大小衡量该类网络抗毁性,并提出以整体网络及分层后的多层网络进行随机攻击的方式,分析该网络的抗毁性,结果表明:海洋货运网络具有小世界效应,网络密集且度分布近似幂律分布,符合复杂网络的基本特征。网络对于随机出现的各类海洋灾害所造成的网络损毁具有很强的抗毁性,网络中节点损毁数量为影响网络规模及效率的主要因素,一般性攻击对于网络造成的影响集中于网络效率的下降,关键性节点损毁对于网络整体的运输情况影响不明显。 相似文献
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全球卫星导航系统反射测量(GNSS-R)技术中,观测几何计算不仅涉及GNSS反射信号的在轨实时处理,而且与观测值的地理位置计算直接相关,对其进行精确计算十分重要。当前GNSS-R技术逐步向陆地场景拓展,已有几何计算方法难以满足多场景(海洋、陆地、冰川等)应用的需求。针对此,本文提出了一种顾及地球曲率和椭球高的几何计算方法。该方法同时也集成了一种镜面点初始估计模型,在不同轨道高度(300～900 km)和观测几何条件下,初始估计误差精度可降低至5 km以内。本文方法可基于WGS-84椭球面和顾及反射面椭球高精确计算镜面反射点,精度可控在1 mm以内,计算效率相比已有方法有显著提升,可对未来考虑地形高度的高效计算需求提供借鉴。本文方法通过变换迭代方程可进行反射信号的几何路径计算,实现从反射信号延迟观测到镜面反射点和椭球高的一体解算。与已有方法相比,本文方法考虑了地球曲率及反射点随椭球高度变化的空间偏移误差,可避免测高应用中测量值定位不准确的问题。 相似文献