渤海海冰数值预报关键技术研究及应用
发布时间：2022-12-18 19:19
每年冬季，海冰对渤海海洋航运、海上油气勘探和生产等具有不同程度的影响，历史上冰情严重时曾发生石油平台倒坍、轮船损毁、航运中断等重大海冰灾害。在渤海海洋经济迅猛发展的今天，原有海冰数值预报的时效、分辨率和产品类型，已经远远满足不了我国海洋经济活动特别是海洋石油开发的需要。根据国际发展趋势和国内海洋工程开发、海上生产运输对防冰抗灾的迫切需求，必须开发适应不同时间、空间尺度的海冰数值预报系统。未来的主要发展方向为：（1）延长预报时效和准确率，逐渐由现在的3-5d延长到7d以上；（2）提高海冰数值模式空间分辨率，由中尺度向小尺度精细化方向发展。 本文对渤海海冰历史冰情及其对渤海水文气象和气候变化的响应进行了大量资料综合分析研究，为发展渤海海冰数值预报提供了渤海海冰生消和变化的背景知识。历年冬季结合冰调、专业抗冰、防冰项目和现场观测实验，获取了大量渤海冰运动学和动力学性质、冰面特征和冰内温盐结构等热力学特性相关资料，及影响海冰生消和运动的水文气象资料，为确定模式结构、选取物理参数和发展渤海海冰模式提供了观测依据。 本文系统地总结了海冰运动学、动力学，特别是流变学和热力学的基础理论...
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
1.1 渤海的海冰
1.1.1 渤海海冰形成原因及分类
1.1.2 海冰物理性质和力学特征
1.1.3 渤海和黄海北部冰情
1.1.4 渤海海冰漂移
1.2 渤海海冰数值预报技术研究的意义
1.3 国内外海冰数值模式现状及发展动态
1.3.1 海冰动力学模式
1.3.2 海冰热力学模式
1.3.3 冰-海洋耦合模式
1.3.4 我国的海冰数值模式发展
1.4 本文的研究目的和主要工作
2 海冰模式发展的理论基础
2.1 海冰动力学
2.1.1 海冰漂移
2.1.2 海冰形变和冰脊、水道的形成
2.1.3 海冰流变学
2.2 海冰热力学
2.2.1 太阳短波辐射
2.2.2 气-冰界面辐射传输
2.2.3 长波辐射
2.2.4 冰内热力学过程
2.3 小结
3 冰-海洋耦合模式在渤海的发展和应用
3.1 渤海冰-海洋耦合模式的发展
3.2 基本物理过程
3.2.1 海冰模式基本方程
3.2.2 冰-海洋界面过程的参数化
3.2.3 渤海海冰厚度分布函数空间分布
3.2.4 耦合模式的框架和流程
3.3 耦合模式季节演变模拟
3.3.1 季节演变模拟个例
3.3.2 冰期
3.3.3 海冰范围的季节演变
3.3.4 海冰厚度与密集度空间分布
3.4 渤海冰-海洋耦合模式预报试验
3.4.1 预报试验个例
3.4.2 客观检验方法
3.4.3 客观检验结果
3.5 小结
4 资料同化技术在海冰预报中的应用
4.1 资料同化的回顾
4.1.1 大气资料同化的发展
4.1.2 海洋资料同化的发展
4.2 资料同化基本方法的发展
4.2.1 三维空间静态客观分析方法
4.2.2 松弛逼近法(Nudging，牛顿松弛法)
4.2.3 变分约束法
4.2.4 Kalman 滤波
4.2.5 资料同化各种方法的比较与联系
4.3 海冰资料同化方法研究和试验
4.3.1 海冰资料同化的需求
4.3.2 海冰资料 Nudging 同化方法
4.3.3 海冰资料 Nudging 同化试验
4.4 小结
5 小区域精细化海冰数值模式
5.1 小区域高精度海冰数值模型
5.1.1 控制方程
5.1.2 预报方法
5.2 小区域高精度海冰数值预报模式的可行性检验
5.2.1 计算区域与初始参数
5.2.2 计算结果
5.3 小结
6 总结和下一步工作
6.1 总结
6.2 创新点
6.3 下一步工作
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]葫芦岛市龙港区渔民村发生罕见冰灾及成因分析[J]. 张启文,李宝辉,白珊. 海洋预报. 2008(01)
[2]近半个多世纪以来渤海冰情对全球气候变化的响应[J]. 张云吉,金秉福,冯雪. 海洋通报. 2007(06)
[3]基于质点-网格模式的海冰厚度变化过程数值模拟[J]. 刘煜,吴辉碇,张占海,刘钦政,白珊. 海洋学报(中文版). 2006(02)
[4]质点—网格海冰模式在渤海的数值预报试验[J]. 刘煜,白珊,刘钦政,吴辉碇. 海洋预报. 2005(S1)
[5]黄、渤海海冰长期变化特征分析[J]. 李剑,黄嘉佑,刘钦政. 海洋预报. 2005(02)
[6]渤海冰-海洋耦合模式 Ⅱ.个例试验[J]. 苏洁,吴辉碇,白珊,张蕴斐,刘钦政. 海洋学报(中文版). 2005(02)
[7]渤海冰-海洋耦合模式 I.模式和参数研究[J]. 苏洁,吴辉碇,刘钦政,张蕴斐,白珊. 海洋学报(中文版). 2005(01)
[8]一种冰-海洋模式的热力耦合方案[J]. 刘钦政,白珊,黄嘉佑,吴辉碇. 海洋学报(中文版). 2004(06)
[9]渤海冬季海冰气候变异的成因分析[J]. 刘钦政,黄嘉佑,白珊,吴辉碇. 海洋学报(中文版). 2004(02)
[10]渤海、北黄海海冰与气候变化的关系[J]. 白珊,刘钦政,吴辉碇,王咏亮. 海洋学报(中文版). 2001(05)
本文编号：3722618
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
1.1 渤海的海冰
1.1.1 渤海海冰形成原因及分类
1.1.2 海冰物理性质和力学特征
1.1.3 渤海和黄海北部冰情
1.1.4 渤海海冰漂移
1.2 渤海海冰数值预报技术研究的意义
1.3 国内外海冰数值模式现状及发展动态
1.3.1 海冰动力学模式
1.3.2 海冰热力学模式
1.3.3 冰-海洋耦合模式
1.3.4 我国的海冰数值模式发展
1.4 本文的研究目的和主要工作
2 海冰模式发展的理论基础
2.1 海冰动力学
2.1.1 海冰漂移
2.1.2 海冰形变和冰脊、水道的形成
2.1.3 海冰流变学
2.2 海冰热力学
2.2.1 太阳短波辐射
2.2.2 气-冰界面辐射传输
2.2.3 长波辐射
2.2.4 冰内热力学过程
2.3 小结
3 冰-海洋耦合模式在渤海的发展和应用
3.1 渤海冰-海洋耦合模式的发展
3.2 基本物理过程
3.2.1 海冰模式基本方程
3.2.2 冰-海洋界面过程的参数化
3.2.3 渤海海冰厚度分布函数空间分布
3.2.4 耦合模式的框架和流程
3.3 耦合模式季节演变模拟
3.3.1 季节演变模拟个例
3.3.2 冰期
3.3.3 海冰范围的季节演变
3.3.4 海冰厚度与密集度空间分布
3.4 渤海冰-海洋耦合模式预报试验
3.4.1 预报试验个例
3.4.2 客观检验方法
3.4.3 客观检验结果
3.5 小结
4 资料同化技术在海冰预报中的应用
4.1 资料同化的回顾
4.1.1 大气资料同化的发展
4.1.2 海洋资料同化的发展
4.2 资料同化基本方法的发展
4.2.1 三维空间静态客观分析方法
4.2.2 松弛逼近法(Nudging，牛顿松弛法)
4.2.3 变分约束法
4.2.4 Kalman 滤波
4.2.5 资料同化各种方法的比较与联系
4.3 海冰资料同化方法研究和试验
4.3.1 海冰资料同化的需求
4.3.2 海冰资料 Nudging 同化方法
4.3.3 海冰资料 Nudging 同化试验
4.4 小结
5 小区域精细化海冰数值模式
5.1 小区域高精度海冰数值模型
5.1.1 控制方程
5.1.2 预报方法
5.2 小区域高精度海冰数值预报模式的可行性检验
5.2.1 计算区域与初始参数
5.2.2 计算结果
5.3 小结
6 总结和下一步工作
6.1 总结
6.2 创新点
6.3 下一步工作
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]葫芦岛市龙港区渔民村发生罕见冰灾及成因分析[J]. 张启文,李宝辉,白珊. 海洋预报. 2008(01)
[2]近半个多世纪以来渤海冰情对全球气候变化的响应[J]. 张云吉,金秉福,冯雪. 海洋通报. 2007(06)
[3]基于质点-网格模式的海冰厚度变化过程数值模拟[J]. 刘煜,吴辉碇,张占海,刘钦政,白珊. 海洋学报(中文版). 2006(02)
[4]质点—网格海冰模式在渤海的数值预报试验[J]. 刘煜,白珊,刘钦政,吴辉碇. 海洋预报. 2005(S1)
[5]黄、渤海海冰长期变化特征分析[J]. 李剑,黄嘉佑,刘钦政. 海洋预报. 2005(02)
[6]渤海冰-海洋耦合模式 Ⅱ.个例试验[J]. 苏洁,吴辉碇,白珊,张蕴斐,刘钦政. 海洋学报(中文版). 2005(02)
[7]渤海冰-海洋耦合模式 I.模式和参数研究[J]. 苏洁,吴辉碇,刘钦政,张蕴斐,白珊. 海洋学报(中文版). 2005(01)
[8]一种冰-海洋模式的热力耦合方案[J]. 刘钦政,白珊,黄嘉佑,吴辉碇. 海洋学报(中文版). 2004(06)
[9]渤海冬季海冰气候变异的成因分析[J]. 刘钦政,黄嘉佑,白珊,吴辉碇. 海洋学报(中文版). 2004(02)
[10]渤海、北黄海海冰与气候变化的关系[J]. 白珊,刘钦政,吴辉碇,王咏亮. 海洋学报(中文版). 2001(05)
本文编号：3722618
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