黄河口海域风浪诱导的泥沙再悬浮数值模拟和全球海面气象参数遥感反演

摘要

气候变化与人类生活密切相关，海洋对全球气候变化的影响一直是现代科学家研究的重要问题之一。海面的潜热通量和感热通量是海气间能量交换的重要组成，在海气相互作用中扮演着重要的角色。海面的潜热通量和感热通量的计算依赖于海面风速、海面比湿度和气温等气象参量，其中海面比湿度和气温的获取较为困难。过去海面比湿度和气温的获取主要依赖于现场观测，即使有很多志愿船只参与，数据仍然比较稀少。随着海洋遥感技术的发展，多种卫星传感器被送上太空，使得长期大范围的获取海面比湿度和气温数据成为可能。本文的工作是使用AMSR-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS)的产品数据进行了海面比湿度和气温的遥感反演。 利用包含风速的多参数回归公式，根据2003和2004年的AMSR-E产品数据和NCEP(National Center for Environmental Prediction)再分析数据，反演了日平均和月平均海面比湿度，与NCEP再分析数据相比，日平均和月平均海面比湿度均方根误差分别为1.05 g kg-1和0.61 g kg-1。 由于多参数回归方法存在的固有的缺点，本文引入广义可加模型方法。利用2005和2006年的AMSR-E产品数据和NCEP再分析数据，本文建立了反演瞬时和月平均海面比湿度的广义可加模型，与NCEP再分析数据比较，反演的瞬时和月平均海面比湿度均方根误差分别为1.41 g kg-1和0.56 g kg-1。与多参数回归方法相比较，广义可加模型方法反演的比湿度误差比多参数回归方法小。 本文使用广义可加模型方法进行了海表面空气温度的遥感反演。根据2005和2006年的AMSR-E产品数据和NCEP再分析数据，本文建立了瞬时和月平均海面气温遥感反演的广义可加模型。与NCEP再分析数据比较，广义可加模型方法反演的瞬时和月平均海面气温均方根误差分别为1.20℃和0.66℃。与多参数回归方法比较，广义可加模型方法反演的气温误差减小。 河口和海岸区域的泥沙输运与人类的活动密切相关，是人类生产生活活动中面临的重要问题之一。在河口和海岸区域，泥沙的再悬浮是一种非常重要的物理过程，再悬浮会影响水体中泥沙输运的通量、次级生产力以及污染物扩散等等。引起泥沙再悬浮的原因比较复杂，波浪通常在其中扮演中重要的角色，因为波浪能够增强底床上的湍流并增加底应力。因而研究波浪对底沙的再悬浮作用对于河口和海岸区域的泥沙输运研究有着重要的意义。 黄河是中国第二大河，以多沙闻名于世，它携带大量的泥沙至河口地区。近年来，由于自然因素和黄河中上游的水利工程，黄河入海的水沙量减少。黄河河口动力作用的减弱和水沙供应的减少，使得黄河口海域的泥沙沉积格局发生改变，部分岸线开始蚀退。在这种背景下，研究波浪对黄河口海域泥沙再悬浮的作用具有重要的现实意义。 本文将水动力模型ROMS(Regional Ocean Modeling System)、第三代波浪模型SWAN(Simulation Wave Near shore)和泥沙输运模型CSTM(ComminuteSediment Transport Model)三者耦合的模型应用于黄河口海域的泥沙输运研究。模拟了这一区域波浪、流和悬浮泥沙的变化过程。 作者对三角洲沿岸7个点有波浪作用情况和无波浪作用情况下的悬浮泥沙浓度的变化进行了比较，对底层中波浪再悬浮作用产生的悬浮泥沙占底层总悬浮泥沙的比例进行了分析。通过比较和分析得知，在平均风速为6.3 ms-1的情况下，7个点中波浪再悬浮作用产生的悬浮泥沙占底层总悬浮泥沙量比例最小为13.8％，最高为61.3％。河口附近的三个点波浪的再悬浮作用产生的悬浮泥沙占底层总悬浮泥沙的比例均超过27％。由于黄河三角洲地区全年的平均风速为5.3ms-1，因此黄河口海域波浪诱导下的泥沙再悬浮作用非常的显著。 计算结果表明，冬季北风情况下，波浪再悬浮作用导致的悬浮泥沙的浓度高值区在孤东外海。涨潮时刻，高值区靠近岸边，落潮时刻，高值区向外海移动。在涨潮时刻，三角洲沿岸自神仙沟以南至清水沟老河口沙嘴处，是波浪再悬浮作用导致的悬浮泥沙的浓度高值区。而三角洲东北部，由于涨潮时刻流速较高，流致再悬浮作用强烈，波浪的再悬浮作用不显著。在落潮时刻，自清水沟老河口沙嘴处向北至三角洲东北部均是波浪再悬浮作用导致的悬浮泥沙的高值区。

目录

声明

0前言

第一篇 黄河口海域风浪诱导下的泥沙再悬浮数值模拟

1引言

1.1研究背景

1.2黄河口海域泥沙数值模拟研究现状

1.3本文的研究内容

2黄河口海域的水文泥沙概况

2.1黄河入海水沙

2.2潮汐、潮流和余流

2.3风、波浪

2.4泥沙

3三维数学模型

3.1模型概况

3.2 ROMS模型

3.3 SWAN模型

3.4 ROMS和SWAN的耦合

3.5泥沙输运模型

3.6耦合模型中底应力的计算

4风浪诱导下的泥沙再悬浮

4.1水动力和泥沙输运模型的配置

4.2波浪模型的配置

4.3模型的验证

4.4风浪对泥沙的再悬浮作用

4.5小结

5.结语

参考文献

第二篇 全球海面气象参量遥感反演

1引言

1.1研究背景

1.2海面比湿度的遥感反演

1.3海面气温的遥感反演

1.4本文的研究内容

2数据

2.1 AMSR-E微波辐射计

2.2 AMSR-E产品数据

2.3 NCEP/DOE-Ⅱ再分析数据

3海面比湿度的遥感反演

3.1多参数回归方法

3.2广义可加模型方法

3.3小结

4海面气温的遥感反演

4.1反演模型

4.2瞬时海面气温的反演

4.3月平均海面气温的反演

4.4小结

5结语

5.1主要研究工作和结论

5.2存在的问题和不足以及下一步工作展望

参考文献

致谢

个人简历

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