长江口近海数值模拟及地波雷达数据同化研究

摘要

本文充分利用长江口近海验潮站数据、浮标数据以及高频地波雷达表层流数据着重对观测区域的潮流及余流分布特征进行了详尽的分析。利用基于无结构三角网格的有限体积海洋模式—FVCOM以及高分辨率岸线和地形数据对长江口近海的潮汐、潮流、盐度及长江冲淡水进行了精确数值模拟,在此基础上复演了2010年长江冲淡水的季节性扩展过程。在充分利用高频地波雷达表层流数据基础上,将一种改进的集合 Kalman滤波同化算法嵌入到 FVCOM模式中,进一步提高了模式的计算精度。
　　本文首先对获取的长江口近海验潮站数据、浮标数据以及高频地波雷达表层流数据进行分析。结合同步风场数据,对浮标所测表层流数据的分析结果表明,风是影响表层余流的一个重要因子,多数观测时段余流对风的滞后效应明显。对浮标多层流数据的分析表明,站点各层速度呈现出明显正压流动特征且具有显著周期性;各层的潮流类型均为正规半日潮流类型,其中 M2和 S2是最主要分潮;地形、台湾暖流、浙闽沿岸流和风是影响余流的主要因素。对高频地波雷达表层流数据分析表明,雷达扫描区域余流与海表面风关系密切且受地形影响显著。余流流速分布在春季和冬季均存在着一个高值中心和低值中心。
　　基于 FVCOM海洋模式,对海域潮汐、潮流进行了精确模拟。模拟结果显示:研究海域潮汐以半日分潮为主,域内除了两个区域表现出不规则半日潮性质外,其他区域均属于正规半日潮海区。潮流以半日分潮流为主,自东向西,越靠近岸线往复流特征越显著。海区最大可能流速分布与等深线分布大体一致,潮流高值区主要分布在岸线最为复杂,岛屿最为密集的舟山群岛海域,普遍介于2~3m/s之间,局部最高可达4.5m/s以上。
　　在对研究海域盐度进行可靠模拟的基础上,成功复演了2010年长江冲淡水在海表的扩展过程。模拟结果显示:2010年长江冲淡水的扩展大致分为向北转向、贴岸南下和过渡三个阶段。其中,2010年长江冲淡水转向路径较为复杂和特别,开始转向时间也比普遍认为的转向时间提前一个月左右,除了8月呈现出典型的指向济州岛方向的路径外,5月转向则是更加偏北,6~7月的转向过程则是呈现出明显的“双峰”结构。
　　为了进一步提高模式精度,本文将改进集合 Kalman滤波同化算法移植到FVCOM模式中,首先对同化参数进行敏感性实验,结果表明:同化效果随状态集合数、同化次数的增多以及集合成员的取样间隔的增大而趋好,但是对同化效果的改善程度却逐渐降低且所耗机时逐渐增多;随时间演变的状态集合的同化效果要好于固定的状态集合的同化效果;存在一个最优同化时间间隔。最后根据敏感性试验结论,对2010年一个月的高频地波雷达表层流数据进行同化,结果显示,经过同化,模式表层流计算结果无论在流向上还是在流速上均得到显著订正,更加趋近于观测。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

0 前言

1 长江口邻近海域基本概况、研究现状及本文主要工作

1.1 长江口邻近海域基本概况

1.2 长江口邻近海域研究现状

1.3 本文主要工作

2 观测数据介绍及分析

2.1 验潮站潮位数据

2.2 浮标数据

2.3 CCMP 卫星遥感海面风场数据

2.4 高频地波雷达数据

2.5 本章小结

3 FVCOM 海洋模式简介及其在长江口邻近海域应用中的配置

3.1 FVCOM 模式简介

3.2 FVCOM 在长江口近海应用中的配置

3.3 本章小结

4 模式结果验证及潮汐潮流分析

4.1 模式结果验证

4.2 潮汐分析

4.3 潮流分析

4.4 最大可能流速

4.5 本章小结

5 长江冲淡水季节性连续扩展研究

5.1 春季（3～5 月）长江冲淡水扩展

5.2 夏季（6～8 月）长江冲淡水扩展

5.3 秋季（9～11 月）长江冲淡水扩展

5.4 冬季（12 月）长江冲淡水扩展

5.5 本章小结

6 长江口及其邻近海域表层流场资料同化

6.1 集合 Kalman 滤波技术介绍

6.2 同化参数敏感性实验

6.3 同化结果分析

6.4 本章小结

7 总结及展望

7.1 总结

7.2 工作展望

参考文献

致谢

个人简历

发表的学术论文