[發明專利]一種多個海洋學模型參數的同時率定方法

有效

• 申請號: 201910159901.8
• 申請日: 2019-03-04
• 公開（公告）號: CN109902136B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 王道勝;牟林
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G06F16/29
• 分類號: G06F16/29;G06F30/20
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產權代理事務所(普通合伙) 11473
• 代理人: 閆冬

本發明提供了一種多個海洋學模型參數的同時率定方法，包括構建地波雷達觀測系統，獲取表層流場觀測數據；獲取研究海域海水層結和水深，由表層流場推導出深度平均的流場；構建球坐標系下考慮風應力和海表面氣壓的二維正壓海洋伴隨同化模型；給定二維正壓海洋伴隨同化模型中風應力拖曳系數和底摩擦系數的經驗公式，給出經驗公式中經驗系數調整策略；以二維正壓海洋伴隨同化模型為基礎，同化深度平均的流場數據，同時對風應力拖曳系數和底摩擦系數經驗公式中的經驗系數進行優化調整，從而實現對于風應力拖曳系數和底摩擦系數的同時率定。本發明既保證了模型參數具有一定的物理意義，也實現了多個模型參數的同時、高效率定。

技術領域

本發明涉及海洋學模型參數率定領域，具體涉及一種多個海洋學模型參數的同時率定方法。

背景技術

海洋學模型通過求解Navier-Stokes控制方程，獲得海洋環境變量的時空分布，具有定量、預報性強的特色，在基礎學科研究和資源開發活動中起著越來越重要的作用。此外，精確的海洋數值預報結果是開展海上溢油漂移預測和海上遇險目標漂移預測的基礎。

海洋學模型中，存在著眾多需要參數化的過程。海洋上邊界處的風場是海洋能量的重要來源，海面風場對于海洋的影響常用依賴風速的風應力計算公式進行參數化，其中風應力拖曳系數的選取對于風應力的計算至關重要。底部摩擦效應對于海洋能量耗散的影響，是一個經典的海洋學問題，底摩擦效應常用二次形式的依賴于流速的計算公式進行參數化，其中底摩擦系數的取值很大程度上影響能量耗散的計算結果。可以看出，風應力拖曳系數和底摩擦系數的合理取值及相互匹配，是決定海洋數值模擬結果準確與否的重要因素。

眾多學者基于實驗室實驗或者海上觀測實驗，單獨給出了風應力拖曳系數或者底摩擦系數的經驗公式。一般情況下，經驗公式是根據一定的物理意義給出的，但其中的經驗系數需要根據實驗數據進行率定。而經驗系數在不同的實驗條件、不同的海域、不同的海洋環境下，取值往往不同，因此，不假思索的直接采用文獻中的經驗系數，可能會造成數值模擬結果與實際情況相差較大。此外，在利用海洋學模型開展數值模擬時，傳統的試錯法很難實現對于多個模型參數進行高效、同步率定。

在此背景下，如何利用實驗數據或者觀測數據，對研究海域的風應力拖曳系數和底摩擦系數經驗公式中的經驗系數同時進行自動化率定，是進一步提高海洋數值模擬精度和預報精度的重要問題，也是本發明主要解決的技術問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種多個海洋學模型參數的同時率定方法，解決了上述問題中的至少一個。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種多個海洋學模型參數的同時率定方法，包括：

構建地波雷達觀測系統，獲取表層流場觀測數據；

獲取研究海域海水層結和水深，由表層流場推導出深度平均的流場；

構建球坐標系下考慮風應力和海表面氣壓的二維正壓海洋伴隨同化模型；

給定二維正壓海洋伴隨同化模型中風應力拖曳系數和底摩擦系數的經驗公式，給出經驗公式中經驗系數調整策略；

以二維正壓海洋伴隨同化模型為基礎，同化深度平均的流場數據，根據給出的經驗系數調整策略，同時對風應力拖曳系數和底摩擦系數經驗公式中的經驗系數進行優化調整，從而實現對于風應力拖曳系數和底摩擦系數的同時率定。

可選地，獲取研究海域海水層結和水深，由表層流場推導出深度平均的流場；包括：

根據研究海域海水層結和水深，求解垂向本征方程得到垂向本征函數；

利用模態分解理論和最小二乘理論，由表層流場構造全水深的流場，進而得到深度平均的流場。

可選地，構建球坐標系下考慮風應力和海表面氣壓的二維正壓海洋伴隨同化模型；包括：