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最优插值法及其在热带太平洋海表温度数据同化中的应用

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海洋学研究 2005年第4期23卷 1-7页

作者：张大明许东峰章本照徐晓华国家海洋局第二海洋研究所国家海洋局海洋动力过程与卫星海洋学重点实验室浙江杭州310012 浙江大学力学系浙江杭州310027

利用M IT gcm模式和最优插值法搭建的同化平台对热带太平洋赤道附近的海表温度SST数据进行了数值同化处理。结果表明,同化处理有效兼顾了模式模拟值和观测值,纠正了模式模拟值出现的误差,数值同化结果更接近于观测值。该同化平台能够更... 详细信息

利用M IT gcm模式和最优插值法搭建的同化平台对热带太平洋赤道附近的海表温度SST数据进行了数值同化处理。结果表明,同化处理有效兼顾了模式模拟值和观测值,纠正了模式模拟值出现的误差,数值同化结果更接近于观测值。该同化平台能够更好地反映出SST的分布特征,该同化方法可以有效地对海表数据进行数值预报。

关键词：数据同化最优插值法 mitgcm模式 SST

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南海北部内孤立波的二维数值模拟研究

南海北部内孤立波的二维数值模拟研究

作者：陈保伟大连理工大学

学位级别：硕士

通过卫星图像和现场观测等手段,发现内孤立波主要集中出现在我国南海北部,且出现频率高、振幅大、能量强且持续时间长,会对该地区的潜器航行、海洋工程结构及水下声学活动造成巨大的影响。本文采用非静力的mitgcm模式,基于N-S方程,采用... 详细信息

通过卫星图像和现场观测等手段,发现内孤立波主要集中出现在我国南海北部,且出现频率高、振幅大、能量强且持续时间长,会对该地区的潜器航行、海洋工程结构及水下声学活动造成巨大的影响。本文采用非静力的mitgcm模式,基于N-S方程,采用正压潮流驱动法,人工阻尼消波方法,建立了二维内孤立波的生成和传播数值模型。基于南海西北部的真实自然环境条件,通过与已发表的数值模拟结果对比,验证了本文所建立的数值模型对于研究内孤立波的生成和传播过程的准确性及适用性。利用该模型模拟了南海北部内孤立波的生成和传播过程,研究了各参数对内孤立波的影响。采用南海北部吕宋海峡处的实际双海脊地形数据和基于WOA18数据集的真实温度和盐度条件,根据TPXO7.2模型提取的潮汐数据,研究不同潮流强度下,内孤立波生成和传播情况。根据内孤立波的生成和演化过程,可将模拟区域划分为双脊生成区域,深海稳定传播区域和大陆架传播演化区域。结果表明,该海域的内孤立波的生成机制主要为混合山后波机制。当潮流强度在0.03m s-0.09m s之间变化时,潮流与双海脊互相作用生成了内孤立波;随着潮流强度减弱,内孤立波主要由双脊处激发的山后波在传播过程中与大陆架地形互相作用生成;当潮流强度继续减弱到0.01m s时,该海域没有明显的内孤立波生成。通过各工况对比发现,用于驱动的潮流强度越大,所生成的内孤立波的振幅越大,传播速度越快且内孤立波在传播过程中的发育速度越快,分裂的孤立子越多。在此基础上,通过简化的大陆架地形和高斯分布所描述的双海脊地形,模拟分析了海脊参数、海水层结、科氏力参数和黑潮强度等因素对内孤立波生成演化的影响。结果表明,东脊对内孤立波的生成起主导作用,西脊能增加内孤立波的非线性程度。海脊高度的增加会促进内孤立波的生成,而海脊宽度的减小和海脊距离的改变会削弱内孤立波的生成。在冬季,海水层结的变深变弱会抑制内孤立波的生成。科氏力的增加会抑制内孤立波生成,当科氏力达到临界值时,模拟区域中无内孤立波生成。黑潮强度的增加会抑制内孤立波的深化和裂变过程,减小内孤立波的振幅,但所生成内孤立波的传播速度更快。

关键词：南海北部海域内孤立波 mitgcm模式内孤立波生成机制内孤立波传播

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南海北部内孤立波生成的数值模拟研究

南海北部内孤立波生成的数值模拟研究

作者：郭大全中国科学院研究生院（海洋研究所）

学位级别：硕士

本文利用美国麻省理工大学的综合环流模式mitgcm，针对中国南海北部内孤立波的生成过程开展了数值模拟研究。分别采用二维和三维模拟方法研究了南海北部内孤立波的激发过程及其对黑潮入侵南海的响应，探讨了黑潮分支（K-branch）平均流... 详细信息

本文利用美国麻省理工大学的综合环流模式mitgcm，针对中国南海北部内孤立波的生成过程开展了数值模拟研究。分别采用二维和三维模拟方法研究了南海北部内孤立波的激发过程及其对黑潮入侵南海的响应，探讨了黑潮分支（K-branch）平均流在内孤立波生成具体过程中的影响，初步解释了合成孔径雷达（SAR）图像所揭示出的南海北部内孤立波出现频率的季节变化特征。进而，以三维动力学模式为基础，结合SAR成像机理，改进和优化了海洋内孤立波的三维仿真流程，实现了南海北部内孤立波的生成过程的全极化SAR遥感仿真。得到的主要结论如下： 1、通过对合成孔径雷达（SAR）图像统计分析发现，SAR观测内波出现频率呈现明显的季节变化：夏季出现频率最高，春秋次之，冬季最低。具体内波出现频率在5月到8月期间较高并在六月达到峰值，占全年总数的29%;而在11月到次年的2月份出现频率较低并在十二月和一月达到最低，各占全年的0.5%。 2、采用二维、非静力近似、半实际地形数值模拟较好地模拟出了内孤立波群的产生过程。通过对产生过程的分析，表明其主要产生机制为山后波机制。 3、在叠加了类似黑潮分支（K-branch）的平均流后，内孤立波的形成受到了干扰，能量被背景流场带走分散掉，以致最终产生的波动波长较长，振幅较小，能量非常不集中，推测这一影响是导致SAR观测内波出现频率呈现季节变化的关键原因。 4、采用三维、非静力近似、实际地形数值模拟较好地模拟出南海北部内孤立波群的产生过程。并验证了内孤立波产生过程中的“手拉手”效应能够使并列传播的两列内孤立波合并成为波峰线较长、能量较大的内孤立波群。 5、三维模拟和二维模拟断面结果对比发现，三维地形的变化尤其径向的地形变化会对内孤立波的产生过程影响很大。

关键词：南海内孤立波 mitgcm模式黑潮

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光学遥感图像内波参数提取研究

光学遥感图像内波参数提取研究

作者：杨晓琳中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

我国南海是内波的多发区域,吕宋海峡被认为是南海北部大振幅内孤立波的发生源。内孤立波振幅大,流速高,促进海水内部物质和能量的输运。同时它产生的剪切流和湍流给全球能量的运输和耗散作了重要贡献,并且对海上工程,海洋生物,军事等都... 详细信息

我国南海是内波的多发区域,吕宋海峡被认为是南海北部大振幅内孤立波的发生源。内孤立波振幅大,流速高,促进海水内部物质和能量的输运。同时它产生的剪切流和湍流给全球能量的运输和耗散作了重要贡献,并且对海上工程,海洋生物,军事等都有重要影响。因此,海洋内波研究对海上生产和海洋工程具有重要意义。本文使用了mitgcm模式对吕宋海峡海域进行了非静力条件下的三维模拟,较为准确的模拟了内孤立波的生成和传播过程,并从海面高程、截面等温线、振幅三个角度进行了分析,发现内孤立波在传播过程中互不影响,各自向前,并且随着内孤立波的传播,能量开始耗散,内孤立波的凹陷尺度逐渐减小。其次,基于上述模拟结果建立了光学图像仿真模型,针对GF-1卫星的WFV相机参数进行了仿真,得到了内波的图像特征,与GF-1卫星的WFV相机所拍摄的遥感图像特征一致,对模拟区域的内波在遥感图像上呈暗亮分布。并对仿真结果与海面起伏进行了比较,发现成负相关。最后,从仿真结果结合遥感图像进行内波参数的提取,包括内波传播速度和振幅等参数。对模拟产生的内孤立波每个时刻的传播速度进行了分析,并与遥感图像中内孤立波的传播速度进行了对比,发现结果较为吻合。在进行振幅反演时,建立了同时考虑亮暗间距和亮暗差异的经验关系式,并在南海北部展开了实例验证,从MODIS遥感影像和实测中验证了经验关系式,并得到了较好的反演结果。

关键词： mitgcm模式数值模拟仿真参数提取

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热带太平洋赤道附近数值模拟与海温同化研究

热带太平洋赤道附近数值模拟与海温同化研究

作者：张大明浙江大学

学位级别：硕士

本文研究了利用mitgcm模式和最优插值法相结合,同化热带太平洋赤道附近的海温数据的方法。主要工作有以下几个方面: 首先,介绍了mitgcm模式的基本方程、离散方法和代码结构。同时简单介绍了同化方法的意义、必要性和同化的发展,详细介... 详细信息

本文研究了利用mitgcm模式和最优插值法相结合,同化热带太平洋赤道附近的海温数据的方法。主要工作有以下几个方面: 首先,介绍了mitgcm模式的基本方程、离散方法和代码结构。同时简单介绍了同化方法的意义、必要性和同化的发展,详细介绍了最优插值方法的基本原理和优点。其次,采取了利用奇异值分解法解决方程中的病态现象,利用逐点逐次插值法,提高同化效果,改进相关性模型等方法来完善最优插值法。并利用将热带太平洋赤道附近的固定观测站点的观测资料和MITcm模式计算值,进行同化试验,验证了方法的有效性。再次,在本论文的基础上,对建立的同化平台可以改进的地方做了说明。

关键词：最优插值 mitgcm模式热带太平洋

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多因素对海洋上混合层深度影响的数值模拟

多因素对海洋上混合层深度影响的数值模拟

作者：范聪慧中国科学院研究生院（海洋研究所）

学位级别：硕士

海洋上混合层深度(MLD)是刻画海洋上混合层的一个非常重要的物理参量,MLD的准确确定对人们了解上层海洋动力学、热力学等具有重要的科学意义和实用价值。本文概述了影响MLD的几个主要因素,介绍了MLD的定义方法和主要的两类混合层模型。... 详细信息

海洋上混合层深度(MLD)是刻画海洋上混合层的一个非常重要的物理参量,MLD的准确确定对人们了解上层海洋动力学、热力学等具有重要的科学意义和实用价值。本文概述了影响MLD的几个主要因素,介绍了MLD的定义方法和主要的两类混合层模型。利用2001年月平均资料,分析了中国南海海表风应力、净热通量、蒸发、降雨及蒸降差的时、空分布变化规律。采用国外先进的mitgcm模式及考虑了非局地作用影响的KPP垂直混合模型,通过改变模式的上边界强迫条件,进行了海表风应力、海表净热通量、蒸降差对MLD影响的敏感性分析,结果表明MLD对海表风应力变化最为敏感。通过网格嵌套方法,采用mitgcm模式及分辨率为1/4°×1/4°的强迫场资料对南海进行数值模拟,分析了海表温度、盐度、流场及混合层深度的时、空分布特征变化规律,探讨了海表风应力、净热通量、蒸降差对海洋上混合层深度的影响。通过模拟结果与实测资料的比较,同时也表明mitgcm模式应用于中国南海区域范围的MLD数值模拟研究是可行的。基于考虑了地转和均匀背景流场影响的两层流体界面内波频散关系模型,得到一种新的利用SAR遥感图像反演混合层深度的方法。利用该方法对南海北部SAR内波图像进行了MLD的实例反演研究,并和时空同步的CTD资料进行了对比,结果表明考虑地转和均匀背景流场影响的MLD反演算法更为合理,为更准确地利用SAR图像遥感反演混合层深度奠定了基础。

关键词：海洋上混合层深度多因素影响 mitgcm模式遥感反演

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基于数值模拟的不同形态内孤立波特征研究

计算机应用文摘 2024年第16期40卷 184-186,189页

作者：赵丽娜中国海洋大学山东青岛266100

作为南海中频发的重要动力过程,内孤立波对水体及物质的输运具有显著影响,对南海生态环境具有重要意义。在传播过程中,内孤立波会经历形态变化,从而引起不同的生态学效应。文章基于mitgcm数值模式模拟了南海北部内孤立波的传播过程,并... 详细信息

作为南海中频发的重要动力过程,内孤立波对水体及物质的输运具有显著影响,对南海生态环境具有重要意义。在传播过程中,内孤立波会经历形态变化,从而引起不同的生态学效应。文章基于mitgcm数值模式模拟了南海北部内孤立波的传播过程,并获取了为期20天的模式数据。分析结果表明,自吕宋海峡产生的内孤立波在传播过程中逐渐由下凹型转变为上凸型。具体而言,下凹型内孤立波的上层流速向西北方向流动,下层流速向东南方向流动,而上凸型内孤立波的流速方向则完全相反。在传播路径上,形成了第二模态内孤立波,其上层等温线向上凸起,下层等温线向下凹陷,同时垂向上流速呈现上下层流速方向相反的情况。

关键词：内孤立波 mitgcm模式输运不同形态