作為地球上分布最廣闊的水體,海洋不僅蘊含著巨大的能量和資源,并且其水體流動引發(fā)的熱能輸運能夠影響全球氣候的變化,同時海洋災(zāi)害也威脅著人類的生存,因此研究海洋環(huán)境及動力學(xué)特征具有重要意義。目前人們主要使用海洋數(shù)值模式來研究海洋的三維結(jié)構(gòu)特征,其實質(zhì)為流體動力學(xué)控制方程組的數(shù)值模擬,可以實現(xiàn)對任意時空范圍內(nèi)海洋狀態(tài)的估計,但模擬過程多采用有限差分格式進行近似,與實際觀測對比誤差較大。因此,本文分別從資料同化和數(shù)值求解兩個方向進行研究,以期獲得更準(zhǔn)確的三維海洋數(shù)值模擬。資料同化可以看成對已有模擬結(jié)果的后驗校正,通過最小化模式結(jié)果與實地觀測之間的偏差實現(xiàn)對海洋狀態(tài)場的最優(yōu)估計。此外,針對模式控制方程構(gòu)造保結(jié)構(gòu)的數(shù)值算法,也能從根本上提高海洋數(shù)值模式的模擬精度。首先,本文根據(jù)優(yōu)化后的時空客觀分析算法,將海面高度的條帶狀沿軌觀測空間延拓至空白區(qū),結(jié)合ROMS（Regional Ocean Model System）數(shù)值模式和四維變分同化方法分析“延拓過程”的作用。高度計沿衛(wèi)星軌道星下點進行海面高度測量,其空間覆蓋難以滿足海洋連續(xù)過程的研究需求,同化進模式只能改善局地的模擬結(jié)果;通過數(shù)據(jù)融合延拓得到... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：118 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

三維環(huán)流模式垂向坐標(biāo)示意圖，ξ表示海面起伏[14]

圖 1-2 三維變分同化和四維變分同化的比較Figure 1-2 Comparison of 3DVAR and 4DVARKalman[56]利用線性系統(tǒng)狀態(tài)方程，通過系統(tǒng)輸入輸出觀測數(shù)據(jù)，對系態(tài)進行最優(yōu)估計，得到了 Kalman 濾波方法。由于 Kalman 濾波過程中，考慮觀測數(shù)據(jù)的系統(tǒng)噪聲和干擾，所以由 Kalman 得到的最優(yōu)估計也可看濾波過程。1965 年，Joones 首次將 Kalman 濾波引入氣象學(xué)數(shù)值同化[58]，得到迅速的發(fā)展，一些改進的 Kalman 濾波方法被提出，包括集合 Kalm波（EnKF）、集合調(diào)整 Kalman 濾波（EAKF）等，并在大氣和海洋數(shù)值中廣泛應(yīng)用[59-63]。EnKF 是對 Kalman 濾波的一種有效的簡化，其主要基onte Carlo 原理，將集合預(yù)報與 Kalman 濾波有機結(jié)合，通過多次擾動模式預(yù)報來近似模式背景誤差。EAKF 方法從濾波理論出發(fā)，推導(dǎo)出一個調(diào)整，用于模式變量的更新，不必擾動觀測值，取代了 EnKF 中的增益矩陣的方法。EAKF 首先計算觀測誤差分布與其先驗狀態(tài)分布乘積平均值的協(xié)，然后用新的協(xié)方差和平均值調(diào)整狀態(tài)集合的成員，產(chǎn)生的新集合保留了估計的大多數(shù)高階距信息。和傳統(tǒng)濾波方法相比，EAKF 避免了對觀測資

衛(wèi)星測高原理

【參考文獻】：
期刊論文
[1]海洋三維溫鹽流數(shù)值模擬研究的有關(guān)進展和問題[J]. 馬繼瑞,韓桂軍,李威,吳新榮,李冬,付紅麗,張學(xué)峰.  海洋學(xué)報(中文版). 2014(01)
[2]河口海岸三維水流數(shù)值模型中幾種垂向坐標(biāo)模式研究述評[J]. 陶建峰,張長寬.  海洋工程. 2007(01)
[3]HAMILTONIAN ALGORITHMS FOR HAMILTONIAN DYNAMICAL SYSTEMS[J]. 馮康,秦孟兆.  Communication of State Key Laboratories of China. 1991(02)

博士論文
[1]伴隨法在潮汐和海溫數(shù)值計算中的應(yīng)用研究[D]. 韓桂軍.中國科學(xué)院海洋研究所 2001

碩士論文
[1]MITgcm模式在中國近海環(huán)流研究中的應(yīng)用[D]. 連展.國家海洋局第一海洋研究所 2008
[2]基于Godunov格式的求解Burgers方程的有限差分法[D]. 畢卉.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2006



本文編號：3608325