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《中国海洋大学》 2008年
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三维正压潮汐潮流伴随同化模型数值建模及应用研究

张继才  
【摘要】: 潮汐潮流运动是海洋中的基本运动之一,它是动力海洋学研究的重要组成部分,对它的研究直接影响着波浪、风暴潮、环流、水团等其他海洋现象的研究,在大陆架浅海海洋中,对潮汐潮流的研究更具重要性.伴随同化方法是建立在严格的数学基础之上的一种有效的四维变分同化技术,它将变分原理与最优控制理论相结合,以海洋动力模型作为约束条件,通过同化可观测到的海洋要素优化控制变量,达到反演无法观测到的海洋要素的目的.潮汐潮流数值模拟中最大的难点莫过于开边界条件和底摩擦系数的确定,在数学物理反问题的框架下,伴随同化方法可以把开边界条件和底摩擦系数的确定变成依赖于区域内部观测资料的数值迭代过程,实现了调试控制参数的自动化和最优化.本文对伴随同化方法在潮汐潮流数值模拟中的应用进行了深入研究. 本文建立了一个球坐标系下的二维非线性潮波伴随同化模型,并基于渤、黄、东海M2分潮的数值模拟,对空间分布底摩擦系数处理方法进行了伴随法反演研究.孪生实验结果表明,空间分布底摩擦系数与伴随同化方法相结合,可以成功反演出给定的空间结构非常复杂的底摩擦系数分布,这是传统的处理方法所不能做到的.底摩擦效应由海底地形决定,本文尝试了根据海底地形的空间分布特征选取独立底摩擦系数的做法;数值实验结果表明,与均匀选取相比,根据底地形的空间分布特征选取独立参数,能在减少独立变量个数的情况下提高模拟精度.通过同化T/P高度计资料,本文数值模拟了渤、黄、东海的M2潮波;实验结果表明,与传统的底摩擦系数处理方法相比,空间分布的底摩擦系数能有效提高模拟精度,实验结果准确体现了渤、黄、东海M2潮波的分布特征. 使用上述二维非线性潮波伴随同化模型,考虑分潮间的非线性相互作用,本文通过同化T/P高度计资料,优化模式开边界条件及空间分布的底摩擦系数,数值模拟了渤、黄、东海的M2、S2、K1、O1四个主要分潮,模拟结果与验潮站资料(独立资料)之间的绝均差分别为(5 .7cm ,5.2)、(3 .2cm ,6.9)、( 2.6cm ,6.3)和( 2.1cm ,8.5).实验所得同潮图准确体现了渤、黄、东海四个主要分潮的潮位分布特征,半日分潮共有三个无潮点和一个退化型无潮点,全日分潮有三个无潮点,分别位于渤海海峡、南黄海和对马海峡. 基于内外模态分离技术,本文建立了一个三维正压非线性潮汐潮流模型,外模态采用ADI方法离散,时间步长不受CFL条件的限制;内模态的时间步长则可以远大于外模态时间步长,从而显著提高计算效率.将上述模型作为正向模型,本文建立了其伴随模型.此三维伴随模式建立之后,运算过程中开边界条件、底摩擦系数和垂向涡动粘性系数等控制参数的选取、数值模式和观测结果的有机结合等问题就可迎刃而解.与前人的有关三维潮汐潮流伴随同化模型的工作不同,本模式将底应力项设置为底层流速的函数,从而在物理上更加合理. 在数学物理反问题的框架下,本文设计孪生实验研究了三维正压潮汐潮流模型中开边界条件、空间分布底摩擦系数和垂向混合涡动粘性系数的伴随法反演问题,以验证伴随模型的有效性和正确性.同时,本文分别讨论了参数的不同类型分布、参数初值、观测误差以及观测数量对参数估计反问题的影响,对反问题适定性进行了初步研究.
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:P731.23

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 李大炜;李建成;金涛勇;胡敏章;;利用验潮站资料评估全球海潮模型的精度[J];大地测量与地球动力学;2012年04期
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王东晓,朱江;伴随方法在海洋数值模式中的应用[J];地球物理学进展;1997年01期
2 马寨璞;井爱芹;;海洋科学中的数据同化方法——意义、结构与发展现状[J];海岸工程;2005年04期
3 乔方利;现代海洋/大气资料同化方法的统一性及其应用进展[J];海洋科学进展;2002年04期
4 尹训强,杨永增,乔方利;浅水潮波模式变分同化共轭码技术研究[J];海洋科学进展;2003年04期
5 王永刚,方国洪,曹德明,魏泽勋,乔方利;渤、黄、东海潮汐的一种验潮站资料同化数值模式[J];海洋科学进展;2004年03期
6 张衡,朱建荣,吴辉;东海黄海渤海8个主要分潮的数值模拟[J];华东师范大学学报(自然科学版);2005年03期
7 沈育疆;叶安乐;;东中国海三维半日潮流场数值计算[J];海洋湖沼通报;1984年01期
8 沈育疆,胡定明,梅丽明,何国平;南海潮汐数值计算[J];海洋湖沼通报;1985年01期
9 陈宗镛;长方形浅水海湾的一种潮波模式[J];海洋与湖沼;1965年02期
10 方国洪;王仁树;;海湾的潮汐与潮流[J];海洋与湖沼;1966年01期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 韩桂军;伴随法在潮汐和海温数值计算中的应用研究[D];中国科学院海洋研究所;2001年
2 李培良;渤黄东海潮波同化数值模拟和潮能耗散的研究[D];中国海洋大学;2002年
3 李磊;渤黄东海潮波系统的有限元模拟[D];中国海洋大学;2003年
4 李守巨;基于计算智能的岩土力学模型参数反演方法及其工程应用[D];大连理工大学;2004年
5 吴自库;南海内潮三维数值同化模拟[D];中国海洋大学;2005年
6 吕咸青;海洋数值建模中伴随方法的研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2000年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 孙丽艳;渤黄东海潮汐底摩擦系数的优化研究[D];中国海洋大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王晖;高建波;骆剑平;;电阻抗成像技术[J];北京生物医学工程;2006年02期
2 樊树芳;马青华;王彦飞;;算子及观测数据都非精确情况下一种新的正则参数选择方法[J];北京师范大学学报(自然科学版);2006年01期
3 王青云;王连堂;;用正则化方法求解声波散射反问题[J];纯粹数学与应用数学;2006年02期
4 周彬;乔宝明;;边界提取和几何不变性相结合的标定方法研究[J];纯粹数学与应用数学;2011年05期
5 王雷;李宏明;杜晓通;;基于Tikhonov正则化的WSN多边定位算法研究[J];传感技术学报;2009年06期
6 钱成春 ,沈育疆;Distribution of 9 Principal Tidal Constituents and Tide Prediction for the East China Sea[J];China Ocean Engineering;2000年04期
7 章卫胜;宋志尧;张金善;张红贵;孔俊;王艳红;;Study on the Tidal Wave System and Formation Mechanism of M_2 Tide in the Taiwan Strait[J];China Ocean Engineering;2008年01期
8 陈可锋;王艳红;陆培东;郑金海;;Effects of Coastline Changes on Tide System of Yellow Sea off Jiangsu Coast,China[J];China Ocean Engineering;2009年04期
9 张文静;朱首贤;董礼先;张长宽;;A New Hybrid Vertical Coordinate Ocean Model and Its Application in the Simulation of the Changjiang Diluted Water[J];China Ocean Engineering;2011年02期
10 许军;暴景阳;章传银;;联合TOPEX/Poseidon与Geosat/ERM测高资料建立区域潮汐模型的研究[J];测绘科学;2006年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 江文胜;孙文心;苏健;;渤海悬浮物输运的动力模型和数值研究[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
2 王廷芳;黄思训;杜华栋;;大气边界层GEM模式参数反演的理论分析及数值试验[A];2008年北京气象学会科技优秀论文集[C];2008年
3 冯遵德;李云云;;基于CGLS求解坐标转换参数[A];第二届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2010年
4 吴俊彦;肖京国;成俊;张亚彪;;中国沿海潮汐类型分布特点[A];中国测绘学会九届四次理事会暨2008年学术年会论文集[C];2008年
5 吴俊彦;肖京国;成俊;张亚彪;;中国沿海潮汐类型分布特点[A];第十届中国科协年会论文集(一)[C];2008年
6 吴超羽;任杰;包芸;史合印;雷亚平;何志刚;唐兆民;;珠江河口‘门’的地貌动力学初探[A];第九届全国河口海岸学术研讨会论文(摘要)集[C];2006年
7 陈斌;黄海军;严立文;梅冰;;小清河口海域悬沙输运格局的数值研究[A];中国环境科学学会2009年学术年会论文集(第一卷)[C];2009年
8 包芸;吕海滨;;近三十年来磨刀门河口地貌动力数值模拟[A];第十二届中国海岸工程学术讨论会论文集[C];2005年
9 章卫胜;宋志尧;张金善;孔俊;;中国近海潮波运动特征分析[A];第十二届中国海岸工程学术讨论会论文集[C];2005年
10 张娜;张庆河;张文忠;;渤海潮流场特性分析[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张帆;全景视觉图像质量优化方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张静;深圳湾水环境综合评价及环境容量研究[D];大连海事大学;2010年
3 余枫;海上搜救模拟器中近海溢油的实时仿真与可视化研究[D];大连海事大学;2010年
4 季有俊;渤海海域泥沙输运对季节性因素及地形变化响应的数值模拟研究[D];中国海洋大学;2010年
5 刘学海;南黄海及养殖功能海域生态动力学模型研究[D];中国海洋大学;2009年
6 李威;台湾以东黑潮锋的数值研究[D];中国海洋大学;2008年
7 赵鹏;渤海寒潮风暴潮增水风险的数值研究[D];中国海洋大学;2010年
8 宋军;水交换模型的理论方法及应用研究[D];中国海洋大学;2010年
9 于华明;全球海洋潮汐同化模拟及东中国海潮流对环流作用研究[D];中国海洋大学;2010年
10 张敬;海岸、河口区三维近岸环流与物质输运数值研究[D];中国海洋大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张泽;大台煤矿深部原岩应力场及岩爆地质力学成因分析[D];山东科技大学;2010年
2 陈少华;基于Hopfield神经网络控制系统的研究[D];山东科技大学;2010年
3 张海丽;非线性抛物型方程若干类反问题的研究[D];浙江理工大学;2010年
4 王斌;浅层地表缺陷动力探测技术研究[D];郑州大学;2010年
5 徐珊珊;2008年黄海浒苔事件期间的物理要素特征[D];中国海洋大学;2010年
6 颜云峰;海平面变化对东中国海潮波影响的数值模拟研究[D];中国海洋大学;2010年
7 赵健;青岛近海夏季表层海流特征分析及数值同化研究[D];中国海洋大学;2010年
8 刘鲁燕;HAMSOM模式在东海内潮研究中的应用[D];中国海洋大学;2010年
9 刘建波;胶州湾60年岸线变化对水动力影响研究[D];中国海洋大学;2010年
10 东野大鸣;海油陆采平台冲刷防护及断面稳定性试验研究[D];中国海洋大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈华根,吴健生,王家林;改进的重力模拟退火反演研究[J];吉林大学学报(地球科学版);2002年03期
2 刘望亭;;云峰重力坝变形性态研究[J];大坝观测与土工测试;1993年03期
3 王凤琴,高颖,赵军;基于遗传算法的神经网络优化[J];燕山大学学报;2001年03期
4 张晖,吴斌,余张国;引入模拟退火机制的新型遗传算法[J];电子科技大学学报;2003年01期
5 王东晓,朱江;伴随方法在海洋数值模式中的应用[J];地球物理学进展;1997年01期
6 姚振兴,张霖斌;波阻抗反演的混合最优化算法[J];地球物理学进展;1999年02期
7 姚振兴,纪晨;时间域内有限地震断层的反演问题[J];地球物理学报;1997年05期
8 黄瑞新;论大洋环流的能量平衡[J];大气科学;1998年04期
9 肖广智,李守巨,刘迎曦;基于模拟退火算法的爆炸冲击荷载参数反演法[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2001年04期
10 冯文贤,陈新;结构振动系统阻尼矩阵的估计方法[J];广东工业大学学报;2001年03期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 张爱军;最优变分伴随方法及在近岸水位资料同化中的应用[D];中国科学院海洋研究所;2000年
2 韩桂军;伴随法在潮汐和海温数值计算中的应用研究[D];中国科学院海洋研究所;2001年
3 李培良;渤黄东海潮波同化数值模拟和潮能耗散的研究[D];中国海洋大学;2002年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 姜德民;;SIR传染病模型参数的伴随同化最优估计[J];青岛农业大学学报(自然科学版);2010年03期
2 韩建保,杨景义;检验参数估计值可信度的一种方法[J];北京理工大学学报;1988年01期
3 石定宇,高旭敏;公路、铁路旅客选择行为研究[J];系统工程;1991年05期
4 胡健生;杨成梧;;延时双线性系统参数估计的一种新方法——Fourier级数法[J];自动化学报;1991年03期
5 凌静;高镇同;;疲劳载荷数据的计算机统计处理[J];机械强度;1991年01期
6 李永立;;随机解释变量回归模型的参数估计[J];天津师范大学学报(自然科学版);1993年03期
7 张颖,冯纯伯;带白色观测噪声的ARMA模型参数的无偏估计[J];控制理论与应用;1996年03期
8 陈建良;自回归模型的参数估计[J];山东工业大学学报;1996年03期
9 陈光曙;正态总体方差的一类估计[J];齐齐哈尔大学学报;2005年03期
10 汪美辰;叶慈南;徐冬元;;一类二元相关威布尔分布及其参数估计[J];系统科学与数学;2005年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 贾沛璋;;关于卫星轨道参数的估计[A];1997年中国控制会议论文集[C];1997年
2 王根会;魏胜勇;;大跨度PC梁桥施工控制过程中的参数估计与修正[A];第十三届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅱ册)[C];2004年
3 刘继忠;周晓军;熊勇;;基于粒子群优化算法的超声信号参数估计[A];2005中国控制与决策学术年会论文集(上)[C];2005年
4 宋志勇;喻晖;汪咬元;;一类随机线性系统的参数估计与状态滤波[A];1999中国控制与决策学术年会论文集[C];1999年
5 张颖;冯纯伯;;随机线性多变量系统的鲁棒辩识[A];1994年中国控制会议论文集[C];1994年
6 张端金;;Box-Jenkins模型全结构辩识[A];1994年中国控制会议论文集[C];1994年
7 钱新恩;;钢条——PZT系统的建模研究[A];1996年中国控制会议论文集[C];1996年
8 王松;;威布尔分布在寿命分析中的应用[A];2005年全国机械可靠性学术交流会暨“车辆与工程装备质量与可靠性论坛”论文集[C];2005年
9 陈启卷;张宇;徐枋同;;自校正PID水轮机调节器[A];1994中国控制与决策学术年会论文集[C];1994年
10 张帆;何青;童调生;;基于外定界自适应约束的集员参数估计[A];2004全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集(上册)[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前8条
1 李想 金挺 黄劼;福州电网开发参数辨识与实时拓扑检错系统[N];中国电力报;2006年
2 于洋;统计模型参数估计及其应用成功[N];科技日报;2007年
3 北京首创期货研发中心 张良贵 刘旭;股票分红事件对股指期现套利策略优化实证研究[N];期货日报;2008年
4 诸玲珍;多种技术融合演绎测试与测量行业新趋势[N];中国电子报;2008年
5 通讯员 任齐俊;舟山将建九个现代化引航基地[N];中国水运报;2009年
6 范超;浅谈如何备战统计建模大赛[N];中国信息报;2011年
7 赵艳丽;化工过程数据校正与模拟优化系统通过鉴定[N];中国化工报;2000年
8 杨卫东 魏童;基于GARCH模型的量价分析[N];期货日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张继才;三维正压潮汐潮流伴随同化模型数值建模及应用研究[D];中国海洋大学;2008年
2 何映霞;机载SAR运动目标实时检测方案若干技术问题的研究[D];中国科学院电子学研究所;2000年
3 祝雪妹;热集成精馏系统建模、优化与控制的若干问题研究[D];浙江大学;2005年
4 郭淑娟;复杂网络的混沌同步与参数估计[D];上海大学;2010年
5 陈海波;一个等密度坐标内潮伴随同化模型的数值建模及其应用研究[D];中国海洋大学;2012年
6 詹亚锋;通信信号自动制式识别及参数估计[D];清华大学;2004年
7 范影乐;混沌动力学在参数估计中的研究[D];浙江大学;2001年
8 尉宇;线性调频和非线性调频信号的检测与参数估计[D];华中科技大学;2005年
9 颜刚;基于模糊马尔可夫场的图像分割算法研究[D];第一军医大学;2005年
10 陈倩;浙江近海潮汐潮流的三维数值模拟[D];浙江大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李凌;基于现代内点理论的电力系统加权非线性L_1范数状态及参数估计研究[D];广西大学;2002年
2 刘文忠;近场源多维参数估计方法研究[D];西安电子科技大学;2005年
3 麻晓敏;可靠性数据分析系统设计与研究[D];合肥工业大学;2007年
4 于柄林;基于广义误差分布的混合效应状态空间模型[D];大连理工大学;2007年
5 王佳;IRT框架下的多级评分模型应用研究[D];东北师范大学;2009年
6 张浩;数据融合在工程中的应用与研究[D];湖南大学;2001年
7 张文英;基于Delta算子的参数估计与滤波[D];郑州大学;2002年
8 文红艳;土壤溶质锋运移及参数估计的实验研究[D];湖南师范大学;2005年
9 程金路;高性能感应电机电流控制研究[D];山东大学;2005年
10 郭金先;时间编码结构光三维视觉系统的研究[D];哈尔滨理工大学;2005年
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