风暴潮数值同化研究和高度计资料拟合方法研究

【摘要】：本文利用一个二维风暴潮伴随同化模型,并基于渤、黄、东海7203、8509号台风风暴潮的数值模拟,对空间分布风应力拖曳系数处理方法进行了伴随法反演研究。假定风应力拖曳系数具有空间分布特征,即在研究海域均匀选取一些独立点,利用这些独立点的风应力拖曳系数线性插值得到全场的风应力拖曳系数。利用伴随法优化独立点的风应力拖曳系数,进而优化全场的风应力拖曳系数分布。为了体现此方法的优越性,设计了三个比较实验：在第一个实验中,整个海域风应力拖曳系数取常数；在第二、三个实验中,风应力拖曳系数依照传统的经验公式计算。实验结果显示：采用空间分布的风应力拖曳系数,风暴潮的模拟精度大大提高,然而增加独立点的个数并不能提高模拟精度；在同一个海域,7203和8509号台风由于路径不同反演出的风应力拖曳系数的空间分布也不同,但相同的是在海岸线曲折的海区风应力拖曳系数对风暴潮模型有显著的影响。此外,通过考察在风场施加随机误差前后风暴潮模拟水位及风应力拖曳系数的变化,得出结论：风应力拖曳系数受风场不确定性的影响,但这个影响是非常小的。并对反演的风应力拖曳系数进行统计分析可知风应力拖曳系数与当地水深和风速有密切的关系。 本文对夏威夷海区1992年到2002年共十年的TOPEX/Poseidon (T/P)卫星高度计数据进行调和分析得到八个主要分潮(半日潮M2,S2,N2,K2,全日潮K1,O1,P1,Q1)的调和常数。在轨道交点处将上行轨与下行轨的调和常数进行比较,并与验潮站的资料进行比较,以此证实本文调和分析结果的可靠性。对上述调和常数沿轨道进行多项式拟合,获得轨道上任意点的调和常数。在此基础上,提出一种新的拟合方法,其主要特点是利用T/P高度计资料可以直接获取同潮图。即：在研究区域内任选一点,根据该点到其最近的两条上(下)行轨的距离比,在这两条上(下)行轨间的下(上)行轨上可以找到与该点具有相同距离比的一系列点,对这些点的调和常数进行多项式拟合,可得到该点的调和常数。采用上述拟合方法可得到夏威夷海域的调和常数及同潮图,所得结果与验潮站的资料以及NAO.99b, TPXO7.2和FES2004模式的结果具有较好的一致性,从而表明本文拟合方法的合理性,并通过这种方法可以利用T/P高度计资料直接获取高精度的同潮图。