基于MOM4的全球潮波模拟研究
发布时间：2020-10-20 08:08
本学位论文基于大洋环流模式MOM4，在中等分辨率和涡相容分辨率下对全球正压潮波进行了模拟研究。通过完善全球潮模拟的物理过程，针对模式模拟能量偏大的问题进行了改善，最终建立了一个水平分辨率为1/4°的全球潮波模型，合理地模拟了纯动力学全球潮波，最后对全球斜压潮模拟进行了初步探索。 对于Z坐标海洋模式，底层水深部分网格（Partial cells）的设计可以较为精确的构造模式地形，相比全网格（Full cells），Partial cells所模拟的潮波结构更加合理；数值实验表明全球潮的模拟对于模式的垂向分层不敏感，简化垂向分层可以提高数值实验效率；本文数值实验结果表明全球潮波的模拟对于模式地形数据非常敏感，若采用Blackman径向滤波器对原始地形数据滤波，当滤波半径为模式网格间距的两倍时模拟效果较好，最优的原始结果与TPXO7.2相比均方根偏差为12.3cm，对Etopo系列的三套水深数据进行了对比，发现Etopo2与Etopo5水深数据存在18.7%的相对偏差，而Etopo2与Etopo1的相对偏差仅为5.5%，其中18.7%的水深相对偏差导致了全球M2分潮模拟结果4.6cm的偏差；统计分析表明，全球潮波的模拟对于模式水平分辨率较敏感，在中等分辨率下，水平分辨率1/2°的模式优于1°模式的模拟结果，而涡相容分辨率下的全球潮波的模拟精度明显优于中等分辨率下的模拟结果；中等分辨率下全球潮的模拟受所选时间步长的影响较大，数值实验表明中等分辨率下模式时间步长不应超过600s；涡相容分辨率模式加入8个分潮的引潮势，所模拟的全球M2、S2、K1、O1结果与TPXO7.2相比，能够较好地模拟出其大部分特征，但振幅普遍偏大，模拟的全球M2分潮的能量通量能反映TPXO7.2的大部分特征，但模拟的强度偏大；针对模式能量偏大，本文通过引入内波耗散项改善了模拟结果，经过实验确定了最优的κ取值为7.0e-4，加入内潮耗散项后模式所模拟的全球M2分潮的振幅偏差得到了显著的改善，所模拟的最优结果为均方差6.2cm，给出了两种方案下全球M2分潮潮能耗散分布，发现引入内波耗散项所模拟的潮能耗散分布特征明显与观测特征更接近。基于水平均一的初始温盐场进行了内潮模拟试验，诊断计算了steric SSH，结果显示低模态的内潮在‘热点’区域内（如夏威夷附件海域）的产生及其辐射传播的特征。
【学位单位】：国家海洋局第一海洋研究所
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2013
【中图分类】：P731.2
【部分图文】：
基于 MOM4 的全球潮波模拟研究模式进行了评估，认为基于 T/P 卫星高度计的经验模式（GOT）和同化模式（TPXNAO99, FES2002/2004）之间的准确度差别不大。目前基于卫星高度计的大洋潮汐模式的总体准确度达到了 95％左右。基于卫星高度计的同化模式与深海大洋验潮站对比的误差达到了 2.5-3.0cm(Andersen 等，1995；Le Provost 等，1995；Shum 等 , 1997) 。至此，全球大洋潮波系统得到了比较精准的整体图像。
U 是垂向积分的速度矢量，D 是海表面高度，k为垂向单位矢量，水平压强梯度项的第二部分就代表了公式(2.1) 和(2.2) 所表达的引潮力。α 为自吸负荷潮的参量，设为 0.948，β ~0.7(Love 数)为固体潮修正项(Marchuk 和 Kagan, 1989)。传统底摩擦方案下tides 0dτ = ρc uu （Cd~0.0025），平衡潮各分潮的频率、振幅及Love 数见表 3表 3 MOM4 中平衡潮各分潮的频率、振幅及 Love 数分潮 频率ω （1/day） 振幅α （m） Love 数1K0.7292117 0.141565 0.736O0.6759774 0.100661 0.695
2.3 关于 Partial cells在 MOM4 之前，Z 坐标海洋模式在底层的厚度是相同的，在这种情况下如果不加密垂向分层，一些比较缓和的地形坡度则无法解析，这也很大程度上限制了 Z 坐标模式模拟受地形影响显著的物理过程（如地形导致的对流和波动）的能力。Adcroft 等人(1997)及 Pacanowski 和 Gnanadesikan (1998)通过构造更真实的模式底边界较好地克服了这个问题。MOM4 中在同一垂向分层内的格点不需要相同的水深，Partial cells 允许最底层的网格以‘Partial cells’的形式存在。Full cells 下若要较好的解析地形必须垂向加密，则加大了计算量，而 Partial cells 的应用可以在较粗糙的垂向网格下较好的解析地形，粗糙的垂向分辨率对正压潮波的模拟影响后面也会讨论到。
【参考文献】
本文编号：2848433
【学位单位】：国家海洋局第一海洋研究所
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2013
【中图分类】：P731.2
【部分图文】：
基于 MOM4 的全球潮波模拟研究模式进行了评估，认为基于 T/P 卫星高度计的经验模式（GOT）和同化模式（TPXNAO99, FES2002/2004）之间的准确度差别不大。目前基于卫星高度计的大洋潮汐模式的总体准确度达到了 95％左右。基于卫星高度计的同化模式与深海大洋验潮站对比的误差达到了 2.5-3.0cm(Andersen 等，1995；Le Provost 等，1995；Shum 等 , 1997) 。至此，全球大洋潮波系统得到了比较精准的整体图像。
U 是垂向积分的速度矢量，D 是海表面高度，k为垂向单位矢量，水平压强梯度项的第二部分就代表了公式(2.1) 和(2.2) 所表达的引潮力。α 为自吸负荷潮的参量，设为 0.948，β ~0.7(Love 数)为固体潮修正项(Marchuk 和 Kagan, 1989)。传统底摩擦方案下tides 0dτ = ρc uu （Cd~0.0025），平衡潮各分潮的频率、振幅及Love 数见表 3表 3 MOM4 中平衡潮各分潮的频率、振幅及 Love 数分潮 频率ω （1/day） 振幅α （m） Love 数1K0.7292117 0.141565 0.736O0.6759774 0.100661 0.695
2.3 关于 Partial cells在 MOM4 之前，Z 坐标海洋模式在底层的厚度是相同的，在这种情况下如果不加密垂向分层，一些比较缓和的地形坡度则无法解析，这也很大程度上限制了 Z 坐标模式模拟受地形影响显著的物理过程（如地形导致的对流和波动）的能力。Adcroft 等人(1997)及 Pacanowski 和 Gnanadesikan (1998)通过构造更真实的模式底边界较好地克服了这个问题。MOM4 中在同一垂向分层内的格点不需要相同的水深，Partial cells 允许最底层的网格以‘Partial cells’的形式存在。Full cells 下若要较好的解析地形必须垂向加密，则加大了计算量，而 Partial cells 的应用可以在较粗糙的垂向网格下较好的解析地形，粗糙的垂向分辨率对正压潮波的模拟影响后面也会讨论到。
【参考文献】
相关期刊论文 前2条
1 汪一航;方国洪;魏泽勋;王永刚;王新怡;;基于卫星高度计的全球大洋潮汐模式的准确度评估[J];地球科学进展;2010年04期
2 李明悝;侯一筠;乔方利;;潮致垂直涡动粘性系数的参数化[J];自然科学进展;2006年01期
本文编号：2848433
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/haiyang/2848433.html
