【摘要】： 利用二維正壓Princeton（POM）海洋模式模擬美國東海岸由表面風(fēng)場產(chǎn)生 的低頻非潮汐水位變化特征。模式采用曲線正交網(wǎng)格，表面風(fēng)場使用每3小時 時間間隔、空間分辯率為48公里的EDAS（ETA Data Assimilation System）分 析風(fēng)場。沿岸潮汐觀測資料（美國國家水位觀測網(wǎng)）用來檢驗?zāi)Ｊ侥M結(jié)果以 評估模擬結(jié)果的精度，這些觀測資料也被用于動力同化模式中。 在美國東海岸，表面風(fēng)場是產(chǎn)生和引起低頻水位及其變化的最重要的動力 機制。觀測資料的分析結(jié)果表明，非潮汐水位的最大振幅可達(dá)1以上，其對表 面風(fēng)場的響應(yīng)大約滯后6～12小時左右。與觀測資料相比，模式計算值的均方 誤差大約為8～12厘米，與觀測資料之間的相關(guān)系數(shù)為0.54～0.91。為了獲得 更精確的模擬水位，提高實時水位預(yù)報系統(tǒng)的精度，本論文用伴隨最優(yōu)方法將 沿岸水位觀測資料同化到海洋動力模式中。建立一套實時水位預(yù)報同化系統(tǒng)。 在該同化系統(tǒng)中，二維線性POM模式用作海洋基本模式（向前積分模式）。其 伴隨模式是通過拉格朗日（Lagrange）方法由離散的基本模式方程獲得。觀測 水位與模擬水位之間的差被定義為價格函數(shù)。由于表面風(fēng)場對美國東海岸低頻 水位的產(chǎn)生及其變化起著最重要的作用，表面風(fēng)場的誤差及風(fēng)應(yīng)力系數(shù)的誤差 都將引起模擬水位的誤差。因此，在最優(yōu)同化系統(tǒng)中，將表面風(fēng)應(yīng)力系數(shù)定義 為控制變量。通過調(diào)整風(fēng)應(yīng)力系數(shù)改變風(fēng)應(yīng)力場，使模式計算的水位最好地接 近觀測值。有限記憶的準(zhǔn)牛頓方法用于求解所形成的最優(yōu)化問題。一致性“孿 生”試驗（假設(shè)的“觀測數(shù)據(jù)”由模式本身產(chǎn)生，因此，控制變量的真實解是 已知的）用來檢驗同化系統(tǒng)的正確性、有效性及收斂性。“孿生”試驗結(jié)果表 明該同化系統(tǒng)所求得的控制變量的解精確地收斂于真實解。 在實測水位資料的同化試驗中，設(shè)計了三種不同情況的試驗，其對應(yīng)的控 制變量的個數(shù)分別為1，8，16。同化后模式結(jié)果表明，即使僅用一個控制變量， 模式計算的水位比沒有用同化技術(shù)的模式結(jié)果好，用16個控制變量的同化模式 獲得最好的結(jié)果，對這種情況，觀測水位與同化模式的計算結(jié)果之間的相關(guān)系 數(shù)在所有觀測站均大于0．93，其計算結(jié)果的均方誤差均小于5．3厘米。因此說 同化模式的結(jié)果得到了很大改進。實時水位預(yù)報結(jié)果表明，對于沒有應(yīng)用同化 技術(shù)的預(yù)報系統(tǒng)，其預(yù)報水位均方誤差在8．8～12厘米。同化技術(shù)對低頻非潮 汐水位預(yù)報結(jié)果的改進主要發(fā)生在前6小時。使預(yù)報的非潮汐水位的預(yù)報均方 誤差減少3厘米。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院海洋研究所
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2000
【分類號】：P731

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本文編號：2740732