伴随同化方法在渤、黄海生态模式中的应用

论文摘要

本文在渤、黄海建立一个三维的营养盐（硝酸盐和磷酸盐）-浮游植物-浮游动物-碎屑（N（2）PZD）浮游生态动力学模型,运用伴随同化方法对难以确定的生态参数进行了反演,并做了一系列孪生实验和实际实验。在孪生实验中,通过敏感性分析从众多的生态参数中选出不相关或者相关性小的参数作为控制变量,检验不同来源的随机误差对参数反演效果的影响。实验结果表明在观测值不包含随机误差、观测值含有20%的随机误差、未被选作控制变量的其它参数含有随机误差这三种情况下,伴随同化方法都能成功地反演出控制变量的最优值,验证了此法的有效性和合理性。这为同化真实的水色数据提供了经验和依据。在实际实验中,利用1998年～2006年的SeaWiFS叶绿素资料作为观测数据进行同化。对参数在整个计算区域取常数时进行了优化,同时尝试了一种新的参数化方案,即在海区中选取一些点作为独立参数点,其他点的参数由独立参数点的值经过线性插值得到。针对这两种不同的参数化方案做了一系列对比实验,结果表明利用伴随同化方法反演空间分布的参数能有效地提高数值模拟的精度,而且独立点的个数对模拟结果影响较大,增加独立点的个数能使模拟值更接近观测值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 海洋生态系统动力学研究的意义
• 1.2 海洋生态系统模型发展概况
• 1.3 生态模式同化的必要性
• 1.4 伴随同化方法应用在海洋生态模式中的关键问题
• 1.5 近海生态模型的营养盐限制
• 1.6 本文内容安排
• 第2章 伴随同化方法简介
• 2.1 变分伴随同化方法
• 2.2 最优化方法
• 2.2.1 一维搜索方法
• 2.2.2 拟牛顿法
• 第3章 生态模型及其伴随模型
• 3.1 浮游生态动力学模型
• 3.1.1 概念模型
• 3.1.2 各状态变量的控制方程
• 3.2 模式设置
• 3.3 控制方程的差分方程
• 3.4 伴随方程的差分方程
• 3.5 代价函数关于参数的梯度表达式
• 第4章 数值试验及其结果分析
• 4.1 孪生实验
• 4.1.1 控制变量的选取和归一化处理
• 4.1.2 孪生实验1
• 4.1.3 孪生实验2
• 4.1.4 孪生实验3
• 4.1.5 孪生实验小结
• 4.2 实际实验
• 4.2.1 SeaWiFS叶绿素资料简介
• 4.2.2 生态参数空间分布的优化方法
• 4.2.3 实验设计
• 4.2.4 实验结果与分析
• 4.2.5 实际实验小结
• 第5章 结语
• 5.1 工作小结及主要结论
• 5.2 存在的问题及展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果