[發(fā)明專利]一種多個(gè)海洋學(xué)模型參數(shù)的同時(shí)率定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910159901.8
• 申請(qǐng)日: 2019-03-04
• 公開（公告）號(hào): CN109902136B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王道勝;牟林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號(hào): G06F16/29
• 分類號(hào): G06F16/29;G06F30/20
• 代理公司: 北京隆源天恒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11473
• 代理人: 閆冬

1.一種多個(gè)海洋學(xué)模型參數(shù)的同時(shí)率定方法，其特征在于，包括：

構(gòu)建地波雷達(dá)觀測系統(tǒng)，獲取表層流場觀測數(shù)據(jù)；

獲取研究海域海水層結(jié)和水深，由表層流場推導(dǎo)出深度平均的流場；

構(gòu)建球坐標(biāo)系下考慮風(fēng)應(yīng)力和海表面氣壓的二維正壓海洋伴隨同化模型；其中，所述二維正壓海洋伴隨同化模型包含正向模塊、反向模塊和梯度模塊；所述正向模塊的控制方程為：

所述反向模塊的控制方程為：

所述梯度模塊為：

其中，t代表時(shí)間，λ和φ分別是經(jīng)度和緯度，u和v分別表示λ和φ方向上深度平均流速分量，p為大氣壓強(qiáng)，ρ為水體密度，a＝Rcosφ，R是地球半徑，g是重力加速度，Ω為地球自轉(zhuǎn)角速度，f＝2Ωsinφ是Coriolis參數(shù)，A_h是水平渦動(dòng)粘性系數(shù)，ρ_a為空氣密度，C_s為風(fēng)應(yīng)力拖曳系數(shù)，h為靜水深，ζ為海表面起伏，為引潮勢，C_d為底摩擦系數(shù)，K_u和K_v是權(quán)重矩陣，理論上是觀測誤差矩陣的逆矩陣，和為深度平均流速u和v的觀測值，ζ_a、u_a和v_a分別是ζ、u和v的伴隨變量，Δ是拉普拉斯算子，J是代價(jià)函數(shù)；

給定二維正壓海洋伴隨同化模型中風(fēng)應(yīng)力拖曳系數(shù)和底摩擦系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，給出經(jīng)驗(yàn)公式中經(jīng)驗(yàn)系數(shù)調(diào)整策略；其中，給定的風(fēng)應(yīng)力拖曳系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式為：

其中，C_s為風(fēng)應(yīng)力拖曳系數(shù)，W為10米高度風(fēng)速，C₀為風(fēng)速小于11米時(shí)的常數(shù)分布的風(fēng)應(yīng)力拖曳經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，k、b、A、B、C為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；

給定的底摩擦系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式為：

其中，C_d為底摩擦系數(shù)，g為重力加速度，C_chezy為Chezy系數(shù)，n為曼寧經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，α為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；

以所述梯度模塊為基礎(chǔ)，經(jīng)驗(yàn)公式中經(jīng)驗(yàn)系數(shù)調(diào)整策略如下：

其中，pc代表任一經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，pc^old為優(yōu)化調(diào)整前的pc值，pc^new為優(yōu)化調(diào)整后的pc值，ss為調(diào)整步長，為代價(jià)函數(shù)關(guān)于經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的梯度；

以二維正壓海洋伴隨同化模型為基礎(chǔ)，同化深度平均的流場數(shù)據(jù)，根據(jù)給出的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)調(diào)整策略，同時(shí)對(duì)風(fēng)應(yīng)力拖曳系數(shù)和底摩擦系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式中的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于風(fēng)應(yīng)力拖曳系數(shù)和底摩擦系數(shù)的同時(shí)率定。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時(shí)率定方法，其特征在于，獲取研究海域海水層結(jié)和水深，由表層流場推導(dǎo)出深度平均的流場；包括：

根據(jù)研究海域海水層結(jié)和水深，求解垂向本征方程得到垂向本征函數(shù)；

利用模態(tài)分解理論和最小二乘理論，由表層流場構(gòu)造全水深的流場，進(jìn)而得到深度平均的流場。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時(shí)率定方法，其特征在于，反向模塊的控制方程是針對(duì)于同化流速數(shù)據(jù)而推導(dǎo)出來的。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時(shí)率定方法，其特征在于，所述代價(jià)函數(shù)關(guān)于經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的梯度是根據(jù)所述梯度模塊和分步求導(dǎo)公式求得的。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時(shí)率定方法，其特征在于，以二維正壓海洋伴隨同化模型為基礎(chǔ)，同化深度平均的流場數(shù)據(jù)，根據(jù)給出的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)調(diào)整策略，同時(shí)對(duì)風(fēng)應(yīng)力拖曳系數(shù)和底摩擦系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式中的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于風(fēng)應(yīng)力拖曳系數(shù)和底摩擦系數(shù)的同時(shí)率定，包括：

風(fēng)應(yīng)力拖曳系數(shù)和底摩擦系數(shù)的同時(shí)率定是指，對(duì)風(fēng)應(yīng)力拖曳系數(shù)和底摩擦系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式中的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行同時(shí)率定，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)具有一定物理意義的風(fēng)應(yīng)力拖曳系數(shù)和底摩擦系數(shù)的同時(shí)率定。