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本文基于时间分布参数设置,利用伴随同化方法,反演了Ekman模型中随时间变化的风应力拖曳系数,并在孪生实验和实际实验中对该方法进行了验证。在孪生实验中,研究了参数反演结果对不同影响因素的响应,包括:风速分布、风应力系数分布、风应力系数初始猜测值、风应力系数独立变量个数、观测数据误差和观测的深度。孪生实验结果验证了伴随同化方法反演Ekman模型中时变风应力系数的有效性,具体包括如下五个方面结论:1)不同风速分布下均能成功反演出不同风应力拖曳系数分布; 2)反演结果对初始猜测值较为敏感,风应力系数初始猜测值越接近给定值,反演结果越好;3)风应力系数独立点个数的选取会显著影响反演结果,合理的选择有利于提高反演效率及减小观测数据误差;4)观测误差能够影响反演结果,观测数据误差在20%以下时能取得合理的反演结果; 5)反演结果对观测数据的表层和次表层流速更为敏感,这是由Ekman流的物理性质决定的。实际实验,利用百慕大锚系试验平台的风速和流速数据,去除周期性潮流和地转流成分后得到Ekman流成分,并作为观测输入到该同化模型,反演出了适用于该区域和该时段的随时间变化的风应力系数。通过比较模拟流速和观测流速,证明利用伴随同化方法能从实测数据中反演出合理的时变风应力系数,对于海洋模型风应力系数的确定是一项有益的尝试。 相似文献
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在悬沙输运的数值模拟中,初始场的准确给定至关重要。目前诸多确定初始场的方案均存在一定的缺陷,初始场的准确性有待进一步提高。本文基于一个三维悬沙输运伴随同化模型,通过孪生实验和实际实验,对模型初始场进行了伴随法反演研究。在孪生实验中,首先验证了初始场的相对重要性;其次,探讨了初始场的反演结果对优化算法、初始猜测值、卫星遥感数据数量、同化时间窗口宽度和背景流场误差的敏感性;最后,比较了伴随法和插值法重构初始场的能力。孪生实验结果表明:最速下降法对初始场的优化反演效果要优于三种共轭梯度法和有限记忆BFGS法;初始场的反演效果对初始猜测值、卫星遥感数据数量和背景流场误差不敏感,而对同化窗口宽度较为敏感;与插值法相比,伴随法是重构模型初始场更有效的手段。实际实验中,在杭州湾海域同化典型的小潮时期和大潮时期的GOCI卫星遥感资料所得表层悬沙浓度数据,优化反演了初始场。实际实验结果表明:数据同化后,得到了更符合实际的最优初始场,表明伴随法是实现初始场优化反演的有效手段。该研究对进一步改进悬沙输运模型的初始化方案具有一定的参考价值,也对其他数值模型的初始化方案具有一定的借鉴价值。 相似文献
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本文选用第三代海浪模式SWAN(SimulatingWAveNearshore),以CCMP(Cross-CalibratedMultiPlatform)风场作为驱动风场,数值模拟了2015年3月份和2016年1月份影响浙江省的两次典型寒潮,并将模拟结果与实测数据进行了对比,模拟误差均在20%之内,属于可以接受的范围,表明SWAN模型和CCMP风场能够满足此次寒潮浪数值模拟的需要。本文从风场的强度、最值风速、风向、持续时间等方面,对比了两次寒潮期间的寒潮风场;从寒潮浪的强度、最值波高分布、持续时间、涌浪分布区域等方面,对两次典型寒潮期间的寒潮浪时空分布的异同进行了研究。总体而言,2015年3月份寒潮的风场从强度上弱于2016年1月份寒潮, 3月份寒潮风场的主流大风是6～7级风,风向偏正北风;1月份寒潮风场的主流大风是6～8级风,风向偏西北风。2015年3月份的寒潮浪强度上弱于2016年1月份寒潮浪, 3月份寒潮浪波高变化剧烈的区域位于研究区域的东北部, 1月份寒潮浪波高变化剧烈的区域位于研究区域的中部和东部; 3月份寒潮浪的大浪主要是5级浪, 1月份寒潮浪的大浪主要是5、6级浪。当寒潮对研究区域的波浪场影响最为显著时,2015年3月份寒潮期间研究区域的北部多为涌浪,2016年1月份寒潮期间研究区域的南部多为涌浪。 相似文献
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基于SWAN模式的“灿鸿”台风浪数值模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
以第三代海浪模式SWAN(simulating wave nearshore,近岸海浪数值模型)为基础,构建了东中国海海域波浪数值模式,并以高时间、空间分辨率的CCMP(cross calibrated multi-platform,多平台交叉校正)风场作为驱动风场进行波浪计算,模拟了1509号"灿鸿"台风的波浪过程。同时,对SWAN模式中的底摩擦参数化方案、波浪破碎参数、风能输入与白冠耗散、波-波非线性相互作用等因素对台风浪模拟的影响进行了分析,并对模式中的各影响因素给出了建议。模拟结果与浮标实测有效浪高数据(舟山朱家尖站、南麂岛站、舟山外海站、温州外海站)两者之间的偏差较小,表明本研究所建立的模式以及选择的参数合理,SWAN和CCMP风场的结合能满足海洋波浪数值模拟的需求。本研究对于台风浪数值预报具有参考意义。 相似文献
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南大洋Ekman输运是全球大气-海洋耦合气候系统的重要组成部分,对该区域Ekman动力过程的研究极为重要。首先基于实测数据和文献资料,对GEKCO2(Geostrophicand EkmanCurrent Observatory2)产品提供的Ekman流数据进行了评估,验证了数据的有效性;并结合CCMP(cross-calibratedmulti-platform)、ERA5(thefifthgenerationEuropeancentreformedium-range weatherforecastsatmosphericreanalysis)风场数据,采用经验正交函数分析法(empiricalorthogonal function,EOF)等方法分析了2010—2018年南大洋Ekman流的时空变化规律。结果表明:(1)南大洋Ekman流速集中在9—11 cm/s,且具有很强的月际变化特征(7月最强, 12月最弱);(2)南大洋40°S以北海域是Ekman流速随时间变化较大的区域;(3)南大洋Ekman流速的EOF分析显示:第一模态和风场存在较强的相关性,表现为流速在整体上同时增强或减弱;第二模态和南半球中高纬大气环流存在较强的相关性,表现为以50°S为界南北流速反向变化;(4)Ekman流左偏角度集中在60°—75°,其中概率密度最大值处所对应的角度为67.5°。通过矢量相关分析,得到30°—35°S海域的平均偏角存在月际变化。南大洋的Ekman动力过程对海洋环流和全球气候系统具有重大影响,本文对于进一步理解南大洋的Ekman过程具有一定的参考价值。 相似文献
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河口建闸使河口区沉积动力条件发生剧烈改变,常产生航道淤浅、泄洪不畅的危害。以新洋港河口为例,于2012
年8 月18-24 日在对新洋港闸下河口进行全潮锚系观测,分析水位、流速及悬沙浓度时空变化和悬沙输运特征。结果表明,
建闸河口区为不规则半日潮,大潮期间涨潮历时短、潮流强,落潮历时长、流速相对较小;潮周期内沉积物发生强烈的再悬
浮和沉降作用,再悬浮通量数量级可达到10-3 kg m-2s-1;小潮期间流速、悬沙浓度和再悬浮通量均小于大潮期间的数值。大
潮期间的强涨潮流导致水体不但能够产生强烈再悬浮,同时还将高浓度悬沙水体向上游输送、抵达闸下区域,这是造成建闸
河口水道淤积的主要原因。在上游开闸初期和后期,存在较强的盐度垂向梯度,水体层化特征显著;但当上游淡水量较大
时,流速迅速增强、再悬浮较为显著,水流可将高悬沙水体向外海输送,对河口水深的维持有利。 相似文献
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东南沿海台风风暴潮增水过程中非线性机制和地形的作用研究:以1509号台风"灿鸿"为例 总被引：4，自引：0，他引：4
本文基于FVCOM（Finite Volume Community Ocean Model）构建了一个覆盖中国渤海、黄海和东海的数值模型，采用NCEP-CFSR风场数据对1509号台风“灿鸿”产生的风暴潮进行模拟，与实测水位数据的对比表明该模型可靠、模拟结果合理。基于此模型，本文对非线性作用和地形在风暴潮增水过程中的作用进行了研究。首先，重点分析了增水过程中潮汐与风暴潮的非线性作用，结果表明：高潮时非线性作用使增水值降低；低潮时非线性作用使增水值升高。另外，开边界处分别只添加M2、S2和K1分潮，分析天文潮的潮高和周期对非线性作用的影响，结果表明：潮高越高，非线性作用越明显；半日潮的非线性作用较全日潮更明显；并且，增水极值附近出现的半日周期的波动也与非线性作用有关。其次，除了非线性作用，地形对风暴潮的增水也有一定影响，本文改变地形的实验结果表明：坡度越大，增水极值越小。琉球群岛的存在使得东南沿海出现风暴潮增水的面积减小，但使得风暴潮增水的高值区域扩大。 相似文献
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气候模式是我们理解、模拟和预报气候演变的重要工具。然而即使是目前最先进的耦合模式,其模拟和预报与大气/海洋的真实状态相比,仍存在较大偏差,这是由于在模式的倾向方程中不可避免地存在系统性的误差(倾向误差)。因此,减小模式倾向误差对改进模式的模拟和预报效果具有重要意义。该研究首先发展了一种新的计算模式倾向误差的估计算法——基于局地集合变换卡尔曼滤波器(local ensemble transform kalman filter, LETKF)同化技术的倾向误差估计算法。在此基础上,将新发展的算法应用到Zebiak-Cane (ZC)模式,通过同化海表面温度异常(sea surface temperature anomaly, SSTA)数据,估计随时空变化的倾向误差,并使用计算得到的倾向误差订正模式,进行积分模拟。结果表明: (1)倾向误差和ZC模式的模拟偏差具有高度相关性; (2)订正后的模式改善了对厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation, ENSO)的一些重要特征的模拟。这说明新发展的模式倾向误差估计算法十分有效且在ENSO模拟中具有较好的应用价值,此外,这种新的模式倾向误差估计算法,计算高效简便,可便捷地应用于各模式中,利于推广。 相似文献
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对江苏沿岸2006年1月4日-2007年1月31日28个站位的水位数据使用潮位统计和经验正交函数(EOF)方法进行分析和比较.统计分析得到了各站位的平均潮差、最大潮差、平均潮周期、平均高潮相位差数据.经验正交函数分析结果显示,第1模态与平均潮差吻合较好,包含了水位数据73.7％的信息.前2个模态均为主要半日分潮的信息,为潮汐按相位正交分离的结果;第3模态显示了径流输入变化引起的海面变化信息;之后的数个模态还包含了水位扰动的信息.研究表明,经验正交函数应用于潮汐分析的效果良好,可作为潮汐分析的有效工具,且在扰动检测方面有一定潜力. 相似文献
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为了得到一种有效的计算海水涡动黏性的途径,本文基于伴随同化方法,研究了Ekman模型中垂向涡动黏性系数(verticaleddyviscositycoefficient,VEVC)的时间变化。本文推导了时间变化VEVC的优化关系式,并利用理想实验对三个影响因素进行了探究,包括优化算法、初始猜测、观测深度,其主要结论是:(1)梯度下降法的优化效果优于共轭梯度法和有限记忆BFGS(limited-memoryBroyden–Fletcher–Goldfarb–Shanno)法;(2)初始猜测值与实际值接近时,收敛速度更快,反演误差更小;(3)反演结果对表层和次表层的流速更为敏感。本文从百慕大试验站锚泊系统(Bermuda Testbed Mooring, BTM)的数据中提取了Ekman流速,并反演了VEVC的时间变化,实际实验结果表明:(1)对于实测数据而言,仍是梯度下降法优化效果最好;(2)将VEVC设置为时间变化型的反演策略,反演效果优于常数型和深度变化型;(3)该地区VEVC在0.01m~2/s左右。该研究为Ekman流的数值模拟提供了一种确定VEVC时间变化的有效方法,对于其他动力机制的研究具有一定的参考价值。 相似文献
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