DCM模拟中基于OPSA方法的参数敏感性分析

深层叶绿素最大值(deep chlorophyll maximum,DCM)现象是海洋与湖泊中普遍存在的生态现象。对其进行数值模拟时,参数不确定性是导致模拟结果出现误差的重要原因。基于一个经典海洋生态模式(nutrients-phytoplankton model,NP),本文通过最优参数敏感性分析(optimization parameter sensitivity analysis,OPSA)方法探讨了模式参数不确定性对DCM模拟的影响。研究表明,背景场浑浊度、垂向湍流扩散系数、浮游植物营养盐含量和硝酸盐再循环系数为模式中的敏感参数,它们的扰动将导致DCM模拟发生显著改变。进一步,设计观测系统模拟试验评估了消除敏感参数误差DCM模拟的改进程度。结果显示,去除4个敏感参数误差DCM模拟平均改进了56.83%,约是去除不敏感参数误差平均改进程度(4.51%)的13倍。而且,去除敏感参数误差模拟改进的稳定性更好,变异系数仅为9.44%,去除不敏感参数误差模拟改进的变异系数达到了14.76%,稳定性较差。据此,可优先发展与敏感参数直接相关的动力过程参数化方案,或在有限的观测资源下优先对敏感参数展开目标观测,进而为提高DCM模拟与预测提供科学指导。