長江口近海數(shù)值模擬及地波雷達數(shù)據(jù)同化研究.pdf

1、本文充分利用長江口近海驗潮站數(shù)據(jù)、浮標數(shù)據(jù)以及高頻地波雷達表層流數(shù)據(jù)著重對觀測區(qū)域的潮流及余流分布特征進行了詳盡的分析。利用基于無結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格的有限體積海洋模式—FVCOM以及高分辨率岸線和地形數(shù)據(jù)對長江口近海的潮汐、潮流、鹽度及長江沖淡水進行了精確數(shù)值模擬,在此基礎(chǔ)上復演了2010年長江沖淡水的季節(jié)性擴展過程。在充分利用高頻地波雷達表層流數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,將一種改進的集合 Kalman濾波同化算法嵌入到 FVCOM模式中,進一步提高了模式的

2、計算精度。
　　本文首先對獲取的長江口近海驗潮站數(shù)據(jù)、浮標數(shù)據(jù)以及高頻地波雷達表層流數(shù)據(jù)進行分析。結(jié)合同步風場數(shù)據(jù),對浮標所測表層流數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明,風是影響表層余流的一個重要因子,多數(shù)觀測時段余流對風的滯后效應明顯。對浮標多層流數(shù)據(jù)的分析表明,站點各層速度呈現(xiàn)出明顯正壓流動特征且具有顯著周期性;各層的潮流類型均為正規(guī)半日潮流類型,其中 M2和 S2是最主要分潮;地形、臺灣暖流、浙閩沿岸流和風是影響余流的主要因素。對高頻地波雷達

3、表層流數(shù)據(jù)分析表明,雷達掃描區(qū)域余流與海表面風關(guān)系密切且受地形影響顯著。余流流速分布在春季和冬季均存在著一個高值中心和低值中心。
　　基于 FVCOM海洋模式,對海域潮汐、潮流進行了精確模擬。模擬結(jié)果顯示:研究海域潮汐以半日分潮為主,域內(nèi)除了兩個區(qū)域表現(xiàn)出不規(guī)則半日潮性質(zhì)外,其他區(qū)域均屬于正規(guī)半日潮海區(qū)。潮流以半日分潮流為主,自東向西,越靠近岸線往復流特征越顯著。海區(qū)最大可能流速分布與等深線分布大體一致,潮流高值區(qū)主要分布在岸線最

4、為復雜,島嶼最為密集的舟山群島海域,普遍介于2~3m/s之間,局部最高可達4.5m/s以上。
　　在對研究海域鹽度進行可靠模擬的基礎(chǔ)上,成功復演了2010年長江沖淡水在海表的擴展過程。模擬結(jié)果顯示:2010年長江沖淡水的擴展大致分為向北轉(zhuǎn)向、貼岸南下和過渡三個階段。其中,2010年長江沖淡水轉(zhuǎn)向路徑較為復雜和特別,開始轉(zhuǎn)向時間也比普遍認為的轉(zhuǎn)向時間提前一個月左右,除了8月呈現(xiàn)出典型的指向濟州島方向的路徑外,5月轉(zhuǎn)向則是更加偏北,6

5、~7月的轉(zhuǎn)向過程則是呈現(xiàn)出明顯的“雙峰”結(jié)構(gòu)。
　　為了進一步提高模式精度,本文將改進集合 Kalman濾波同化算法移植到FVCOM模式中,首先對同化參數(shù)進行敏感性實驗,結(jié)果表明:同化效果隨狀態(tài)集合數(shù)、同化次數(shù)的增多以及集合成員的取樣間隔的增大而趨好,但是對同化效果的改善程度卻逐漸降低且所耗機時逐漸增多;隨時間演變的狀態(tài)集合的同化效果要好于固定的狀態(tài)集合的同化效果;存在一個最優(yōu)同化時間間隔。最后根據(jù)敏感性試驗結(jié)論,對2010年一個