發(fā)布時間：2020-05-17 20:46

【摘要】：本文將為建立一個適用于中國渤、黃、東海區(qū)域模擬和預(yù)報的高分辨率動力-生態(tài)耦合模式做兩方面工作:一是基于ROMS模型建立中國近海區(qū)域高分辨率動力模式,并將使用該模式對冬季黃海暖流的機制進行討論;二是針對中國近海大氣氣溶膠成分特點對水色遙感大氣校正算法進行改進,以為該模式提供更為準(zhǔn)確的水色遙感數(shù)據(jù)作為同化數(shù)據(jù)。 首先以ROMS模型為基礎(chǔ),建立了一個高網(wǎng)格分辨率的三維斜壓的中國近海區(qū)域海洋模型,模式范圍包括整個渤、黃、東海以及西北太平洋部分區(qū)域。使用該模式對冬季氣候態(tài)環(huán)流進行了模擬,模擬的流場、溫鹽場分布以及一些主要水道和斷面的流量,都與歷史觀測數(shù)據(jù)和前人的模擬結(jié)果相吻合。 2003~2004年冬季的海面風(fēng)場和熱鹽通量數(shù)據(jù)被用來研究冬季實際風(fēng)場作用下的黃海暖流的機制。冬季平均流場顯示黃海暖流是一支主要由壓強梯度力控制,由正壓梯度力和斜壓梯度力共同驅(qū)動的西北向流動,風(fēng)對流場起調(diào)節(jié)作用。暖流有兩個流核,偏西側(cè)位于水深變化最劇烈處的一支主要為斜壓梯度力驅(qū)動,靠近海槽中心的一支主要由正壓梯度力驅(qū)動。 平均流場只反映了黃海暖流的宏觀狀態(tài),并不能反應(yīng)其形成的機制。在研究平均流場的基礎(chǔ)上,本文進一步研究了黃海暖流對于天氣尺度變化的風(fēng)場的響應(yīng)。發(fā)現(xiàn),黃海環(huán)流在強北風(fēng)作用下和在無風(fēng)狀態(tài)下體現(xiàn)出兩種不同的流態(tài),對應(yīng)的控制機制也不同,但黃海暖流始終都是由正壓流和斜壓流兩部分組成。 強風(fēng)作用下,正壓流結(jié)構(gòu)對風(fēng)應(yīng)力變化的響應(yīng)非常顯著。風(fēng)應(yīng)力開始作用時,在地轉(zhuǎn)作用下水體沿風(fēng)向右側(cè)向西岸堆積,海面梯度驅(qū)動海水向南流動;隨著風(fēng)作用的持續(xù)產(chǎn)生了南高北低的海面梯度,使得在水深較小的區(qū)域仍是以西向流動為主,在水深較大的中區(qū)流動轉(zhuǎn)為東向;這種輸運使海面形成一個“脊-槽-脊-槽”系統(tǒng),控制著南北向的環(huán)流結(jié)構(gòu)。當(dāng)風(fēng)應(yīng)力作用停止之后正壓流場震蕩調(diào)整,海面“脊-槽”系統(tǒng)仍然存在但強度已大大降低且發(fā)生西移。此時的正壓流場,在海槽西側(cè)是強度已大大減小的北向流,東側(cè)流動轉(zhuǎn)為向南。 斜壓地轉(zhuǎn)流的流場結(jié)構(gòu)變化較小,表現(xiàn)為除海槽西側(cè)中下層存在南向流外,在整個海區(qū)基本為北向流。流速方面,有風(fēng)時正壓流速遠比斜壓流速大;無風(fēng)時兩種流速大小接近。 黃海暖流由上述的正壓流和斜壓流共同組成。表現(xiàn)為:在強風(fēng)狀態(tài)下,以黃海海槽為中心存在著強逆風(fēng)流;在無風(fēng)狀態(tài)下,在海槽最大深度以西存在著比較弱的北向流。在強北風(fēng)和無風(fēng)的交替作用下,其結(jié)構(gòu)在兩種形態(tài)之間變化。在海槽西側(cè)始終存在一支北向的流動,其強度隨風(fēng)應(yīng)力強度變化而變化,海槽東側(cè)在強風(fēng)作用下表現(xiàn)為北向逆流,在無風(fēng)時表現(xiàn)為向南流動,體現(xiàn)了一種往復(fù)流的特征。 關(guān)于大氣校正算法的改進,本文根據(jù)2003~2007年的地物光譜儀數(shù)據(jù),計算了大氣漫透射率、直接透射率和氣溶膠的光學(xué)厚度,并據(jù)此計算了氣溶膠埃斯特朗指數(shù)、渾濁度系數(shù)和多次前向散射系數(shù),并對其之間的關(guān)系進行了統(tǒng)計分析,給出了一個經(jīng)驗關(guān)系式�；诖岁P(guān)系式,我們對MODIS大氣校正算法中的大氣漫透射率的計算進行了改進。 數(shù)據(jù)表明,MODIS標(biāo)準(zhǔn)算法對于氣溶膠光學(xué)厚度比較大的時候的漫透射率的計算有明顯的過高估計,與實測值的平均相對誤差達到32%。新模式很好的修正了MODIS算法對漫透射率的計算。對兩種算法的檢驗結(jié)果表明,新算法的計算值與實測值之間的相對誤差和均方根誤差分別是MODIS標(biāo)準(zhǔn)算法的約1/5和1/4。對大氣校正的精度有很明顯的改進。
【圖文】：

3.1 ROMS 模式概述本文所采用的數(shù)值模式是區(qū)域海洋模擬系統(tǒng) ROMS (Regional OcModeling System)。ROMS 模式是近年來新發(fā)展起來的一種自由海面、地形跟三維非線性的斜壓原始方程模式，由 Rutgers University 與 UCLA（UniversityCalifornia，Los Angeles）兩個單位共同研究開發(fā)完成。Ezer 等[151]比較了 PO與 ROMS 的不同算法在數(shù)值計算上的誤差和模式計算的效率，發(fā)現(xiàn) ROMS 所用的方法具有減少計算上的誤差，并允許使用較大的積分積分步長以增加計算率的優(yōu)點。ROMS 模式中使用新的高階水平壓力梯度算法[152]，與 POM 模式采用的水平壓力梯度算法相比，也可以有效減少模式計算誤差的累積。此ROMS 模式還融合了新的亞網(wǎng)格參數(shù)化方案、生物地球化學(xué)模塊和數(shù)據(jù)同化塊。圖 3-1 顯示了 ROMS 模式的組織結(jié)構(gòu)。

3.2 模式配置3.2.1 模式的范圍和網(wǎng)格模式的計算范圍包括整個渤、黃、東海以及西北太平洋部分區(qū)域。經(jīng)緯度范圍為 116.5-135°E，23-41°N。圖 3-2 顯示了模式的網(wǎng)格范圍。模式的總網(wǎng)格數(shù)為362×298，經(jīng)線方向網(wǎng)格分辨率 5~6 公里，平均 5.6 公里；緯線方向網(wǎng)格分辨率5~6.5 公里，平均 5.8 公里。垂向分為 20 層，垂直方向的坐標(biāo)拉伸參數(shù)sθ 和bθ 分別為 2 和 0.5。網(wǎng)格的西邊界為封閉邊界，其余三面為開放邊界。圖 3-3 為模式區(qū)域的地理環(huán)境，，圖中 A 為臺灣海峽，B 為臺灣島，C 為臺灣以東水道，D 為吐噶剌海峽，E 為對馬海峽。
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：P731.27

【引證文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 李健;南海北部臺風(fēng)風(fēng)暴潮模擬研究與機理探索[D];中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所）;2013年

本文編號：2669158