【摘要】：數(shù)據(jù)同化是海洋數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)中不可或缺的一部分。近年來，隨著超級計算技術(shù)的發(fā)展，許多國家先后建立了高分辨率業(yè)務(wù)化海洋數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)。考慮到海洋預(yù)報的時效性以及海洋數(shù)值預(yù)報模式較大的計算資源需求，其同化方法必須有效并且高效。EnOI (Ensemble Optimal Interpolation)是一種基于EnKF（EnsembleKalman Filter）簡化的同化方法，被廣泛應(yīng)用于低分辨率的氣候模式以及高分辨率的海洋預(yù)報模式，本文主要基于EnOI開展了如下工作： 首先，針對前人提出的基于EnOI及HYCOM(HYbird Coordinate Ocean Model)模式同化Argo廓線方案進(jìn)行了改進(jìn)。針對HYCOM垂向混合坐標(biāo)的特點(diǎn)，對前人同化方案中診斷溫度/鹽度的方案進(jìn)行改進(jìn)。另外基于EnOI多變量同化特點(diǎn)，在同化水層厚度時，采用同時更新了模式正壓變量(ubavg，vbavg，pbavg)的方式,避免同化Argo廓線后對海表面高度造成不確定的影響。通過同化實(shí)驗(yàn)我們得到以下結(jié)論：（1）改進(jìn)的方案中顯著減小了溫度及鹽度的均方根偏差，溫度均方根偏差在200m深度減小1.5℃，鹽度減小0.1psu。（2）通過與WOA（World Ocean Atlas）資料及TAO（Tropical Atmosphere Ocean)觀測溫度比較，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)的方案有效提高溫躍層處溫度垂向梯度，減小溫躍層深度，同化后鹽度的分布與觀測匹配良好。（3）通過與TAO沿赤道剖面的緯向流速比較，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)之后的兩種方案可以增強(qiáng)沿赤道剖面的流核強(qiáng)度，但是其垂向深度上仍然偏深，表層流偏弱。（4）通過與高度計資料的比較，改進(jìn)方案高估熱帶太平洋區(qū)域的海表面高度變率，顯著提高了模式模擬海表面高度與觀測的空間相關(guān)性。（5）通過減小削減系數(shù)及診斷深度可以減小對赤道表層緯向流調(diào)整，但是與觀測仍差別較大。 其次，我們將EnOI同化方案應(yīng)用到ROMS（Regional Ocean Modeling System）海洋模式中，并進(jìn)行同化TSLA（along-Track Sea Level Anomaly）的研究。基于ROMS海洋模式建立南海1/10×模擬系統(tǒng)，并同化TSLA資料。自2004年至2006年，根據(jù)是否考慮由于觀測與同化時間不一致造成的觀測誤差，我們設(shè)計了AGE和NoAGE2組實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)同化TSLA的優(yōu)勢，，并對兩種同化方案進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：（1）模式7天預(yù)報的海表面高度異常均方根偏差由同化之前的10.57cm分別減小到6.70cm（NoAGE方案），7.01cm(AGE方案)，并且該均方根偏差隨時間變化較為平穩(wěn)。（2）同化TSLA數(shù)據(jù)后，溫度均方根偏差在1000m以上均減小，最大可減小0.5℃。鹽度均方根偏差在200m以上減小了0.1psu，200m之下并無明顯變差。（3）同化TSLA數(shù)據(jù)之后，海表面流場與觀測的海表面浮子的軌跡匹配較好。（4）同化TSLA數(shù)據(jù)之后，模式模擬的海表面高度變率與觀測匹配非常好，其位于菲律賓以西以及越南以東的強(qiáng)變率區(qū)域位置及強(qiáng)度與觀測吻合較好，圍繞西沙群島的弱變率區(qū)域也較好的刻畫出來。（5）通過局部同化實(shí)驗(yàn)，我們探究了現(xiàn)階段高分辨模式模擬南海北部變率偏高的原因。結(jié)果證明：過強(qiáng)的黑潮入侵是高分辨率模式模擬南海的普遍問題，通過同化高度計數(shù)據(jù)很好地解決了這個問題。 最后，我們探究了南海海表面高度異常的可預(yù)報性研究。通過2009年6月10日菲律賓以西一個強(qiáng)暖渦個例預(yù)報實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，模式能夠較好的預(yù)報較大的中尺度渦，但是尺度較小的冷渦無法刻畫出來。本文嘗試對中尺度渦的中心位置及移動軌跡進(jìn)行可預(yù)報性研究，但是由于觀測數(shù)據(jù)分辨率以及現(xiàn)階段的渦檢測技術(shù)對于模式中的噪音較為敏感，不適用于現(xiàn)階段的預(yù)報研究。通過集合后報實(shí)驗(yàn)，本文發(fā)現(xiàn)：在1月份及10月份，預(yù)報的時效較長，分別可以達(dá)到27天及18天。4月及7月份，預(yù)報時效較短，在10天內(nèi)。
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：P731.3

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本文編號：2636465