基于海洋数值模式的资料同化及保能量算法研究
发布时间：2022-01-25 09:50
作为地球上分布最广阔的水体,海洋不仅蕴含着巨大的能量和资源,并且其水体流动引发的热能输运能够影响全球气候的变化,同时海洋灾害也威胁着人类的生存,因此研究海洋环境及动力学特征具有重要意义。目前人们主要使用海洋数值模式来研究海洋的三维结构特征,其实质为流体动力学控制方程组的数值模拟,可以实现对任意时空范围内海洋状态的估计,但模拟过程多采用有限差分格式进行近似,与实际观测对比误差较大。因此,本文分别从资料同化和数值求解两个方向进行研究,以期获得更准确的三维海洋数值模拟。资料同化可以看成对已有模拟结果的后验校正,通过最小化模式结果与实地观测之间的偏差实现对海洋状态场的最优估计。此外,针对模式控制方程构造保结构的数值算法,也能从根本上提高海洋数值模式的模拟精度。首先,本文根据优化后的时空客观分析算法,将海面高度的条带状沿轨观测空间延拓至空白区,结合ROMS（Regional Ocean Model System）数值模式和四维变分同化方法分析“延拓过程”的作用。高度计沿卫星轨道星下点进行海面高度测量,其空间覆盖难以满足海洋连续过程的研究需求,同化进模式只能改善局地的模拟结果;通过数据融合延拓得到...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
三维环流模式垂向坐标示意图，ξ表示海面起伏[14]
图 1-2 三维变分同化和四维变分同化的比较Figure 1-2 Comparison of 3DVAR and 4DVARKalman[56]利用线性系统状态方程，通过系统输入输出观测数据，对系态进行最优估计，得到了 Kalman 滤波方法。由于 Kalman 滤波过程中，考虑观测数据的系统噪声和干扰，所以由 Kalman 得到的最优估计也可看滤波过程。1965 年，Joones 首次将 Kalman 滤波引入气象学数值同化[58]，得到迅速的发展，一些改进的 Kalman 滤波方法被提出，包括集合 Kalm波（EnKF）、集合调整 Kalman 滤波（EAKF）等，并在大气和海洋数值中广泛应用[59-63]。EnKF 是对 Kalman 滤波的一种有效的简化，其主要基onte Carlo 原理，将集合预报与 Kalman 滤波有机结合，通过多次扰动模式预报来近似模式背景误差。EAKF 方法从滤波理论出发，推导出一个调整，用于模式变量的更新，不必扰动观测值，取代了 EnKF 中的增益矩阵的方法。EAKF 首先计算观测误差分布与其先验状态分布乘积平均值的协，然后用新的协方差和平均值调整状态集合的成员，产生的新集合保留了估计的大多数高阶距信息。和传统滤波方法相比，EAKF 避免了对观测资
卫星测高原理
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋三维温盐流数值模拟研究的有关进展和问题[J]. 马继瑞,韩桂军,李威,吴新荣,李冬,付红丽,张学峰. 海洋学报(中文版). 2014(01)
[2]河口海岸三维水流数值模型中几种垂向坐标模式研究述评[J]. 陶建峰,张长宽. 海洋工程. 2007(01)
[3]HAMILTONIAN ALGORITHMS FOR HAMILTONIAN DYNAMICAL SYSTEMS[J]. 冯康,秦孟兆. Communication of State Key Laboratories of China. 1991(02)
博士论文
[1]伴随法在潮汐和海温数值计算中的应用研究[D]. 韩桂军.中国科学院海洋研究所 2001
硕士论文
[1]MITgcm模式在中国近海环流研究中的应用[D]. 连展.国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]. 毕卉.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3608325
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
三维环流模式垂向坐标示意图，ξ表示海面起伏[14]
图 1-2 三维变分同化和四维变分同化的比较Figure 1-2 Comparison of 3DVAR and 4DVARKalman[56]利用线性系统状态方程，通过系统输入输出观测数据，对系态进行最优估计，得到了 Kalman 滤波方法。由于 Kalman 滤波过程中，考虑观测数据的系统噪声和干扰，所以由 Kalman 得到的最优估计也可看滤波过程。1965 年，Joones 首次将 Kalman 滤波引入气象学数值同化[58]，得到迅速的发展，一些改进的 Kalman 滤波方法被提出，包括集合 Kalm波（EnKF）、集合调整 Kalman 滤波（EAKF）等，并在大气和海洋数值中广泛应用[59-63]。EnKF 是对 Kalman 滤波的一种有效的简化，其主要基onte Carlo 原理，将集合预报与 Kalman 滤波有机结合，通过多次扰动模式预报来近似模式背景误差。EAKF 方法从滤波理论出发，推导出一个调整，用于模式变量的更新，不必扰动观测值，取代了 EnKF 中的增益矩阵的方法。EAKF 首先计算观测误差分布与其先验状态分布乘积平均值的协，然后用新的协方差和平均值调整状态集合的成员，产生的新集合保留了估计的大多数高阶距信息。和传统滤波方法相比，EAKF 避免了对观测资
卫星测高原理
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋三维温盐流数值模拟研究的有关进展和问题[J]. 马继瑞,韩桂军,李威,吴新荣,李冬,付红丽,张学峰. 海洋学报(中文版). 2014(01)
[2]河口海岸三维水流数值模型中几种垂向坐标模式研究述评[J]. 陶建峰,张长宽. 海洋工程. 2007(01)
[3]HAMILTONIAN ALGORITHMS FOR HAMILTONIAN DYNAMICAL SYSTEMS[J]. 冯康,秦孟兆. Communication of State Key Laboratories of China. 1991(02)
博士论文
[1]伴随法在潮汐和海温数值计算中的应用研究[D]. 韩桂军.中国科学院海洋研究所 2001
硕士论文
[1]MITgcm模式在中国近海环流研究中的应用[D]. 连展.国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]. 毕卉.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3608325
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/haiyang/3608325.html
