一个基于MOM的全球海洋数值同化预报系统     

刘娜  王辉  凌铁军  祖子清  秦英豪 《海洋通报》2018,(2):139-148

随着国家战略利益的拓展,国家对全球海洋环境预报保障的需求日益凸显。近年来,国家海洋环境预报中心研发并建立我国首个涵盖全球大洋的"全球海洋数值预报系统",该预报系统由MOM4全球海洋环流模式及三维变分同化系统组成。该系统的建立,实现了全球范围海洋环流预报业务全覆盖,为我国探索深海大洋环境的迫切需求提供有力保障,明显提升了我国海洋环境预报能力,体现了我国海洋数值预报技术的发展和进步。该系统的历史回报试验和业务化试运行结果表明其对全球海洋环境要素具有较好的预报能力,其预测结果已经在实际业务中得到了应用,在"雪龙号"极地遇险脱困、马航MH370失联飞机搜救等重大事件的预报保障任务中发挥了重要作用,为我国实施海洋强国战略,推进实施"21世纪海上丝绸之路"的战略构想,应对海上突发事件、维护国家海洋权益等各个方面提供有力的科技支撑和保障,并成为我国全球海洋预报业务的重要参考依据。  相似文献   

水文重力效应改正中一维地下水模拟算法的对比     

贺前钱  孙和平 《大地测量与地球动力学》2018,38(5):529-532

基于一维地下水渗透方程详细推导其有限差分解算过程，引入不同于显式差分的隐式差分和中心差分格式，对比分析不同差分格式对地下水模拟结果及其相应地下水重力效应的影响，并对其中的层间参数取值和非线性方程的线性化问题进行探讨。结果表明，在日本Isawa扇形地区超导台站，不同层间参数加权公式能够引起最大约0.15 μGal的重力效应差异，影响在1.9%以内；不同差分格式和线性化方法组合形式能够引起最大约0.12 μGal的重力效应差异，影响在1.5%以内。  相似文献   

礁坪上波浪传播的数值模拟     

何栋彬  房克照  孙家文  刘忠波 《海洋通报》2018,(2):129-138

本文基于具备间断捕捉能力的二阶全非线性Boussinesq数值模型,对规则波和随机波在礁坪地形上的传播变形进行了数值模拟。该模型采用高阶有限体积法和有限差分方法求解守恒格式的控制方程,将波浪破碎视为间断,同时采用静态重构技术处理了海岸动边界问题。重点针对礁坪上波浪传播过程中的波高空间分布和沿程衰减,礁坪上的平均水位变化,以及波浪能量频谱的移动和空间差异等典型水动力现象开展数值计算。将数值结果与实验结果对比,两者吻合情况良好,验证了模型具有良好的稳定性,具备模拟破碎波浪和海-岸动边界的能力,能较为准确地模拟波浪在礁坪地形上的传播过程中发生的各种水动力现象。  相似文献   

顾及地类转换差异的城市空间扩展元胞自动机模型及应用研究     

于明明  曾永年 《地球信息科学学报》2018,20(1):48-56

元胞自动机模型已经成为城市空间扩展模拟研究的重要方法之一,并得到广泛应用。然而,现有的城市扩展元胞自动机模型仍存在不足。由于元胞状态设置较为简单,从而使模型转换规则中对不同用地类型向城市用地转换的差异与强度考虑不够。基于此本文在元胞自动机模型的框架下,设计了多元结构的元胞状态及转换规则,提出了顾及地类转换差异与强度的城市扩展元胞自动机模型。在计算非城市用地向城市用地转换的转换概率时,该模型考虑了3个方面的概率：① 地形地貌、经济发展等城市发展的驱动因素对城市用地扩展的影响概率,该概率采用logistics方法进行计算;② 邻域元胞的用地类型对中心元胞转换概率的影响,该概率采用扩展摩尔型方法进行计算;③ 不同类型的非城市用地（本研究中包括耕地、林地和裸地3种类型）向城市用地转换的强度,该概率由模拟基期土地利用数据与目标年份土地利用数据的叠加,得出不同类型的非城市用地在此时间段内向城市用地转换的规模,进而确定不同类型的非城市用地向城市用地转换的强度。最后,将以上3种概率的乘积作为元胞转换的概率。通过转换概率与转换阈值的对比判断中心元胞是否在下一个阶段转换为城市用地。经过迭代计算,不断增加城市用地元胞的数量。当模拟城市用地的结果与目标年份的城市用地规模差值在一定的范围内时停止模拟,得出最终结果。模型构建完成后,本文以长株潭城市群核心区为例进行了模拟实验。以2001年该地区的土地利用数据为基期数据,模拟2010年该地区的城市用地规模和空间分布。研究结果表明,根据本文提出的模型模拟的城市扩展结果与真实数据相比具有较高的一致性。模拟结果正确率达到68.66%,比基于传统logistics回归的元胞自动机模型的模拟精度提高了4.25%,Kappa系数为0.675。该模型较好地模拟了长株潭城市群核心区城市扩展,在城市空间扩展模拟中具有较好的适应性与有效性。  相似文献   

Boussinesq相位解析的海岸水动力学数学模型研究进展     

张尧  谢欣  陶爱峰  王岗  陈新平  郑金海 《海洋通报》2018,(5):481-493

由于在平衡计算效率和精度上具有优势,Boussinesq相位解析数学模型研究不断取得突破,已成为波浪和水流精细化模拟的较优解析方式,为海岸工程、环境、地质等问题提供了实用和高效的研究手段。本文对已有Boussinesq类模型的研究进行了评述,深入探讨其重要发展、实际应用和理论瓶颈,从高阶非静压修正、GPU准三维高性能算法编译、波浪破碎和泥沙运移沉积等4个方面提出未来可能的科学突破方向。  相似文献   

非线性波消波及波场分布研究   总被引：1，自引：1，他引：0  

王巧莎  李明海 《海洋科学》2018,42(6):30-38

本文基于雷诺平均N-S方程,并结合RNG k-e方程建立了粘性数值波浪水槽,对不同波陡、不同相对水深、不同相对波高的非线性规则波的阻尼消波问题和波场分布进行研究。文中提出了两种描述消波区内部阻尼变化的阻尼函数,分别适用于小波陡情形和高波陡情形。研究结果表明,小波陡组消波区可设为一个波长,阻尼系数取10~4～10~5即可满足消波要求,计算结果与实验结果及造波理论吻合良好;高波陡组消波区可设为两个波长,阻尼系数取10~4～10~5亦可满足消波要求,计算结果与实验结果吻合良好。此外,当波陡较小时,波场内反射情况的小幅改变即可对整个波场造成影响,特别是当水深较浅时这种影响极为明显,需谨慎考虑。当波陡较大时,水波能量较高,整个波场沿水波传播方向可观测到明显的衰减现象,在具体试验中需进行考虑。  相似文献   

木本植被覆盖岸坡上波浪爬升过程的数值模拟研究   总被引：1，自引：1，他引：0  

徐海珏  胡萍  白玉川  杨波 《海洋学报》2020,42(3):10-24

近岸木本植物构成的生态缓冲带作为新型的海岸软防护结构，兼具功能性和生态友好性，在沿海工程建设中愈发受到关注，如何深入开展其防护效果的机理研究是目前亟待解决的问题。本文采用数值模拟方法，在N-S方程中分别考虑树枝和树干的拖曳力影响，提出了木本植被作用下波浪沿斜坡爬升的表面波衰减的连续介质等效模型，并采用MAC法来跟踪自由曲面上的水颗粒轨迹。本文以波浪沿1/30的斜坡爬升为算例，对比讨论了有无植被作用下波浪的传播过程，并将算例结果与以往试验结果规律进行对照，验证了数值模型的有效性。最后，分别讨论了植物枝干的高度、密度、树枝倾斜角度等植被特性和波浪因素对植被消浪效果的影响，得到植被消浪的基本规律。文中的计算结果也可为实际的护岸工程和生态景观设计提供参考。  相似文献   

不同形态海湾的水底平衡剖面研究     

苏文亮  邹志利  张庆民 《海洋学报》2020,42(5):128-138

研究海湾平衡剖面对理解海湾地貌演变具有重要意义。本文给出了收缩型、扩张型和矩形3种典型海湾平面形态对平衡剖面的影响。建立了海湾长度远小于潮汐波长的短尺度海湾的平衡剖面和对应的时均悬沙浓度的解析解。采用水深平均的水动力方程、泥沙输移方程和地形演变方程的耦合模型对以上3种类型海湾的平衡剖面进行了数值模拟，得到了这3种类型海湾的水面、流速、时均悬沙浓度和平衡剖面的计算结果，并利用水面数值结果确定了海湾水面解析解所含的一个待定常数。研究结果给出了3种不同海湾平面形态所对应的平衡剖面形态:矩形海湾对应斜坡型；收缩型海湾对应下凹型；扩张型海湾对应上凸型。所得海湾平衡剖面和时均悬沙浓度的解析解与数值解一致。  相似文献   

Monte-Carlo模拟与经验路径模型预测台风极值风速的对比   总被引：2，自引：2，他引：0  

郭云霞  侯一筠  齐鹏 《海洋学报》2020,42(7):64-77

台风是我国东南沿海区域每年发生的严重自然灾害之一。本文分别采用传统的Monte-Carlo模拟方法以及较为先进的经验路径模拟方法预测中国东南沿海区域台风的极值风速(10 m高度处10 min平均值)，并对两种方法的预测结果进行了对比。本文将东南海岸线向内陆扩展约200 km的区域划分为0.25°×0.25°的网格，以每个网格点作为研究点。首先采用Monte-Carlo模拟方法产生每个研究点1 000年间的虚拟台风事件。然后采用经验路径模型方法构建了西北太平洋1 000年的热带气旋事件集，采用模拟圆方法从中提取对各个研究站点有影响的台风事件。接着采用Yan Meng风场模型计算每个研究点台风的最大风速，构成极值风速序列。最后采用极值分布模型预测每个研究点不同重现期的极值风速，并对两种不同方法预测的结果进行了对比。研究发现在研究区域的内陆侧经验路径方法预测的风速略高于Monte-Carlo模拟方法预测的结果，而在海岸沿线一带经验路径方法预测的结果略低，这主要是由两种方法构造的虚拟台风的中心压强存在差异以及模型本身的不确定性造成的。本文的研究结果可以为防灾减灾系统提供有益的参考。  相似文献   

最近和即将发生的崩解事件不会削弱埃默里冰架的稳定性   总被引：2，自引：0，他引：2  

李腾  刘岩  程晓 《海洋学报(英文版)》2020,42(5):168-170

冰架崩解约占南极物质损耗总量的一半。借助卫星遥感本世纪已经观测到多次大型崩解事件，引发了公众对气候变化问题的广泛关注。然而作为冰架消涨的自然循环，某些崩解事件只是周期性重现而并非近年来南极升温导致。2019年9月-10月，我们通过“哨兵一号”雷达卫星和“京师一号”小卫星完整地记录到发生在埃默里冰架前端的一次大型崩解事件，并利用冰流数值模式模拟了本次以及未来两次即将发生的崩解事件对该冰架的动力学影响。遥感观测表明，埃默里冰架前端发育有两条纵向、两条横向和一条斜向共五条大型裂隙。它们沿尖端继续向上游延伸可以造成三次崩解事件，其中第一次发生于2019年9月末，D28冰山随普里兹湾涡流向西北方向旋转漂移。依据前人推测的崩解周期，我们在模型中设置五组试验，选择露出海面体积、接地面积、冰流通量三个参数估算冰架对三次崩解的响应。结果表明，通过设计合理的网格系统，我们的模型能够捕捉到每次崩解事件释放的物理信号。三次崩解总体响应趋于一致，仅表现出微弱的差异。在一个60年的崩解周期内，三次崩解引发冰流加速70 m/a，前端减薄2 m，接地线退缩60 km2，共约造成40亿吨额外的物质损耗。然而上述变化仍然处于最新卫星估算误差内部，所以我们认为这些崩解事件并不会显著削弱埃默里冰架整体的稳定结构。考虑到这还是首次明确观测到该冰架进入新一轮崩解周期，未来仍必要收集更长时间序列的遥感资料用以验证模式结果。  相似文献