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海洋数值建模中伴随方法的研究

吕咸青  
【摘要】:本项研究旨在探讨数据同化方法在物理海洋学中的应用,重点对伴随方法进行了深入、细致的研究,作了以下工作: 1.伴随方法中的根本问题是如何得到代价函数关于控制变量的梯度。对于伴随法应用的有关问题提出了新的观点:(1)得到代价函数关于控制变量梯度的方法不能仅局限于差分方程的伴随。(2)反向积分伴随方程的时间可以缩短。本项研究认为前人强调差分方程的伴随而排斥微分方程的伴随是有疑问的,所作的大量数值模拟实验表明微分方程的伴随应该受到足够的重视。 2.所作的孪生数值模拟实验表明,如果只有表层和次表层的观测资料,借助于变分优化控制技术将其同化到海洋的埃克曼层流模型中,也可以将未知的风应力拖曳系数和垂向涡动粘性系数的分布同时反演出来。 3.采用伴随法,由渤海沿岸19个验潮站的潮汐调和常数来反演渤海海域的开边界条件和底摩擦系数,以实现渤海m1和M 2潮波的数值模拟。数值模拟结果正确地反映了渤海m1和M 2潮波的基本特征。 4.采用伴随方法,根据渤海海域内M 2潮汐调和常数的实测值:验潮站资料和高度计资料或者两者之一,来反演开边界处的潮汐调和常数,同时也对给定的底摩擦系数进行订正并对水深进行微调。实验结果较好地体现了渤海M 2潮波的特征。


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