渤海湾水位、流场的一个数值预报模式

本文利用普林斯顿海洋模式(POM),建立了渤、黄海风增水预报模式和渤海湾水位海流预报模式;利用正交曲线网格提高重点区域的分辨率;采用美国海洋大气局(NOAA)全球预报风场和气压场作为模式表面强迫场,将计算域边界上的天文潮预报值与风增水模式预报的余水位相叠加构建模式的边界条件,在正压条件下,模拟了渤海湾2002年的水位流场过程。结果表明,模式能够较好地再现计算域内天文潮和综合水位的预报,域内10个潮位站模式与实测分析的m1和M2分潮的振幅与迟角差均不超过5.1cm和6.3°,15个潮流站模式与实测分析的m1和M2分潮流的振幅与迟角差均不超过7.5cm/s和15.8°,模式预报的水位值与塘沽站实测值非常接近,预报精度较单纯的天文潮预报有明显提高。     

黄海溶解氧垂直分布最大值的数值研究

建立了一个二维断面溶解氧的数值模式,模拟了黄海溶解氧垂直分布最大值的形成和演化过程,并对影响溶解氧垂直分布状况的3种主要过程,即垂直涡动混合、生物活动和海气界面的气体交换进行了数值试验和讨论。结果表明,在增温期,由于温跃层的形成和存在,限制了垂直方向的交换,使跃层下界附近的溶解氧得以保留,同时上层海气交换和下层有机物分解耗氧,从而在跃层附近形成最大值;由于黄海海区的跃层一般都在真光层以内,因此生物产氧可以增加跃层附近氧的含量,进而影响最大值的大小,但对是否形成最大值影响不大;上混合层中的生物产氧大都通过海气界面的气体交换进入大气。海气界面的气体交换速度可以影响上混合层的溶解氧浓度,但对溶解氧最大值影响很小。     

三沙市海域海平面变化

使用1993-2011年的台站和卫星高度计资料详细分析了三沙市海域近19 a的海平面变化特征及规律。结果表明:三沙市周边海域海平面存在明显的季节变化,且区域特征明显。海平面变化除了明显的年和半年周期,2~3 a、4~7 a和准9 a的周期也较显著。海平面长期变化呈现明显的波动上升趋势,且空间分布上区域特征显著,西沙群岛南部海域海平面上升趋势最强,西沙群岛北部与中沙群岛西部次之,南沙群岛东部海平面上升速率较快,南沙群岛西部上升趋势最弱。受大气环流等异常气候事件的影响,1998年和2010年海平面的年际变化波动较大,年变化振幅显著偏高。未来三沙市海平面将继续上升,预计2030年、2050年、2070年和2100年海平面将比常年分别升高约11 cm、20 cm、30 cm和45 cm。     

变分伴随数据同化方法在断面海温数值计算中的应用研究

以二维断面海温分布模型为例,利用海温实际观测数据,将变分伴随方法应用于断面海温初始场的优化。讨论了变分伴随方法的基本思想,分别从模型方程的连续和离散形式出发推导伴随模型系统,并对这两种途径建立的伴随系统之间的相互关系进行了分析。数值试验的结果表明了变分伴随数据同化方法在海温数值计算和数值预报业务中的良好的应用前景。     

中国沿海海表温度均一性检验和订正

利用惩罚最大T检验（Penalized Maximal T test,PMT）方法,选取均一的邻近气象站为参考站,基于月平均地面气温（SAT）资料,利用相关系数权重平均方法构建参考序列,同时结合元数据信息,对1960-2011年中国沿海27个海洋观测站月平均海表温度（SST）进行了均一性检验与订正,并分析了造成海表温度序列非均一的主要原因。结果表明,中国沿海海洋台站海表温度资料存在较为严重的非均一性问题,几乎所有的台站都存在断点,仪器变更（包括人工观测转自动观测）（占总断点数的52.4%）和迁站（占总断点数的33.3%）是造成序列非均一的主要原因。整套资料负订正量所占比例较高,这种负订正量与人工转自动观测后海表温度观测值偏低有密切关系。这也使得订正后中国沿海平均海表温度趋势与订正前存在明显差异,订正后中国沿海海表温度呈明显的加速上升趋势。     

用TOPEX/Poseidon资料研究南海潮汐和海面高度季节变化

采用引入差比关系法对南海TOPEX/Poseidon卫星高度计算资料进行了潮汐分析；根据所得潮汐调和常数对卫星高度计测得的海面高度进行潮汐订证，进而得到南海各季节的海面高度距平。结果表明，南海冬、夏季季风强盛期海面高度距平位相相反，南海中部夏季为正距平，且有2个正距平中心；冬季为负距平，且有2个负距平中心。春、秋季是不同的季风过渡期，海面高度距平分布也明显不同：南海中部春季为正距平，且只有1个正距平中心；秋季为负距平，且只有1个负距平中心。研究表明，长周期分潮Sa和Saa的叠加值可以很好地逼近南海海面高度距平。根据平均海面和海面高度距平得到了合成的海面高度和地转流场，发现南海表层地转流总体上是气旋式的；秋、冬季表层环流的西向强化十分明显，春、夏季较弱；冬季黑潮通过吕宋海峡进入南海北部，夏季基本上没有进入南海。     

利用伴随法优化非线性潮汐模型的开边界条件Ⅱ.黄海、东海潮汐资料的同化试验

本研究基于最优控制理论,采用变分数据同化法,通过建立伴随模型,把观测资料同化到陆架海域潮汐数值模型中去,优化开边界条件,以便提高数值预报的精度.潮汐模型的控制方程为考虑平流项、非线性底摩擦和侧向涡动粘性项的非线性浅水方程组.在第Ⅰ部分建立伴随模型和进行“孪生”数值试验的基础上,给出利用验潮站的水位资料以及TOPEX/Poseidon卫星测高数据在黄海、东海进行变分数据同化试验的数值结果.试验表明利用上述资料对模型进行变分同化校正是可行的.     

用信号奇异度确定边界的数值方法

根据测量信号在边界处具有奇异点这一特点,以Ｌｉｐｓｃｈｉｔｚ指数α定量刻划信号在奇异点处的奇异程度,利用小波分析的“变焦距”特性分析测量信号,确定奇异点的位置并计算相应的奇异度Ｌｉｐｓｃｈｉｔｚ指数α,最后将α值相等或相近的奇异点顺序连接作为外界。     

用伴随法优化非线性潮汐模型的开边界条件Ⅰ.伴随方程的建立及“孪生”数值试验

本研究采用基于最优控制理论的伴随法,把观测资料同化到陆架海域潮汐 数值模型中去,优化开边界条件,提高数值预报的精度．潮汐模型的控制方程为考虑 平流项、非线性底摩擦和侧向涡动粘性项的非线性浅水方程组;采用Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子 法建立了伴随模型．研究分两部分：第一部分即本文,建立非线性浅水方程模型的伴 随方程、给出目标函数的梯度,并实现“孪生”数值试验;第二部分另文给出．     

浅水港口潮汐预报准调和方法的改进

文中提出了浅水港口潮汐预报准调和方法的两个改进方案.一个是在方国洪等(1981)《浅水港口潮汐预报的一个方法》基础上,增加14周/日、16周/日以及与前期潮汐状况有关的浅水准调和项共6项(方案Ⅰ);另一个在是王骥(2001)提出的方案基础上改进的方案,该方案与方案Ⅰ相比,增加了5个准调和项(方案Ⅱ).这两个方案选用相同的57个调和分潮,但分潮的组合及派生出的准调和项有所不同.方案Ⅰ用40项准调和项表示浅水效应,方案Ⅱ则包含长周期、全日、半日周期的准调和项18项.经过大量实测水位资料的分析和预报检验,表明改进后两个方案对浅水港口潮汐的预报精度均较改进前的准调和方法和传统调和法有明显提高,对第一类浅水港(以吴淞港为例),文中所列的8项预报指标都有显著提高,特别是低潮时均方差由26.8min降至15.1min;对第二类浅水港(以成山角为例),高潮时均方差显著减小,由39.6min减至26.7min.