渤海海冰預(yù)報(bào)及三維數(shù)值模擬研究

發(fā)布時(shí)間：2020-07-13 06:02

【摘要】：渤海海域冬季海水溫度較低，每年都會(huì)結(jié)冰。冰情嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致海冰災(zāi)害，給人類在海上的生命財(cái)產(chǎn)安全造成危害。通過(guò)衛(wèi)星遙感獲取海冰資料，結(jié)合氣象條件深入研究海冰生消演變規(guī)律，利用數(shù)值模型模擬海冰演化，建立和完善海冰預(yù)報(bào)模型，對(duì)于防災(zāi)減災(zāi)具有十分重要的意義。為了獲取更為精確的海冰預(yù)報(bào)基礎(chǔ)資料，本文采用CART決策樹(shù)方法從MODIS衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)反演海冰，同時(shí)對(duì)可見(jiàn)光、近紅外和熱紅外多波段進(jìn)行自動(dòng)分類計(jì)算，有效消除了傳統(tǒng)閾值法反演高懸沙等特殊海洋環(huán)境時(shí)出現(xiàn)的海冰誤判。反演結(jié)果采用高分辨率中國(guó)環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)小衛(wèi)星（HJ-1A/1B）進(jìn)行校驗(yàn)，確保了海冰預(yù)報(bào)基礎(chǔ)資料的精度。根據(jù)本文遙感反演的6個(gè)冬季遼東灣海冰面積，結(jié)合錦州與營(yíng)口兩個(gè)氣象觀測(cè)站的實(shí)測(cè)氣象資料分析，可以認(rèn)為遼東灣海冰面積增長(zhǎng)主要受低氣溫影響，其中低溫天氣時(shí)發(fā)生的離岸向大風(fēng)累積次數(shù)直接影響年度海冰面積極值。通過(guò)回歸分析發(fā)現(xiàn)低于-5°C的累積凍冰溫度與凍冰階段的海冰面積具有顯著的線性相關(guān)關(guān)系。基于最小二乘法開(kāi)發(fā)了遼東灣海冰面積的長(zhǎng)期和短期兩種預(yù)報(bào)公式，長(zhǎng)期預(yù)測(cè)公式只需提供氣象條件即可進(jìn)行預(yù)報(bào)。短期預(yù)報(bào)公式在預(yù)報(bào)下一期海冰面積時(shí)除需給出氣象條件外，還需給出上一期的海冰面積觀測(cè)值。擬合及預(yù)測(cè)結(jié)果表明兩個(gè)公式均能實(shí)現(xiàn)較為準(zhǔn)確的海冰面積預(yù)報(bào)。通過(guò)進(jìn)一步引入非線性逼近能力更為強(qiáng)大的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型用于開(kāi)發(fā)海冰預(yù)報(bào)模型，預(yù)報(bào)精度得到進(jìn)一步提高。本文最后通過(guò)提出適合渤海特點(diǎn)的模型參數(shù)，考慮海洋-海冰耦合的海冰動(dòng)力過(guò)程和熱力過(guò)程，將基于有限體積算法的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格FVCOM三維海洋模型用于2003~2004年冬季渤海海冰數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明，水動(dòng)力、溫鹽以及海冰面積和厚度計(jì)算值與實(shí)測(cè)值吻合均較好，所建立的三維海冰數(shù)學(xué)模型輸入?yún)?shù)合理，適合用于渤海中長(zhǎng)期海冰數(shù)值模擬，具有較高的計(jì)算精度。FVCOM所采用的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜岸線的準(zhǔn)確描述及重點(diǎn)區(qū)域的局部加密，與氣象預(yù)報(bào)相結(jié)合，未來(lái)可實(shí)現(xiàn)海冰的精細(xì)化模擬與預(yù)報(bào)。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：P731.32
【圖文】：

模型圖,遙感數(shù)據(jù),決策樹(shù),海冰

圖 2-2 根據(jù) 2010 年 1 月 25 日 MODIS 遙感數(shù)據(jù)生成的決策樹(shù)模型.3.3 不同方法反演的 MODIS 海冰對(duì)比本文分別采用閾值法和 CART 決策樹(shù)方法對(duì) 2010 年 1 月 25 日晴空無(wú)云但在渤和萊州灣懸浮泥沙含量較大的遙感圖像進(jìn)行海冰反演（圖 2-3），旨在檢驗(yàn)各種反

彩色合成,圖像,運(yùn)算法,海冰