中国海散射计风、浪算法研究及海面风场、有效波高的时空特征分析

论文摘要

海面风场系统对天气变化起着至关重要的作用。本文对ERS-2散射计风场数据进行了分析,并将其与NCEP再分析风场和浮标观测风场进行了比较。对连续13年中国海海区ERS-1/2和QuikSCAT散射计海面风场资料进行插值平均处理,得到一个中国海月平均海面风场资料集。首先对该资料集进行了逐月多年平均风场分析,进而对该资料集的距平风场进行矢量经验正交函数（Vector EOF）分解,分别探讨了中国海海面风场的年际和年代际变化特征。年际EOF分解得到的第一模态具有较好的年变化波动周期,与多年平均风场中的冬季风和夏季风（当时间系数为负值时）流型相近,表现为冬-夏振荡型,反映了影响整个中国海的东亚季风强盛时期的风场特征。第二模态与多年平均风场中的季节转换流型相近,表现为春-秋振荡型,反映了冬季风和夏季风之间的转换过渡时期的风场特征。年代际EOF分解得到的第一模态反映了中国海季风的年代际变化特征。第二模态时间系数分布与滞后4个月Nino3.4指数分布相似,反映了中国海海面风场对El Nino的响应。第三模态时间系数分布与南方涛动（SOI）指数分布相似,反映了ENSO现象对中国海海面风场异常的影响。本文利用一种新的风浪成长关系计算了瞬时风场下的有效波高分布,并利用经验公式计算了风浪充分成长状态下的有效波高分布。分别以NCEP与QuikSCAT的混合风场和NCEP风场为输入,利用第三代海浪数值模式WAVEWATCHⅢ对2000年1月东中国海的风浪场进行了模拟,再现了当时的风浪演化过程。通过计算结果与实测的比较,说明将WAVEWATCHⅢ模式应用于东中国海海域进行大区域范围的风浪预报是可行的。最后分析了WAVEWATCHⅢ模式计算得到的有效波高的月平均分布,并利用经验正交函数（EOF）方法对有效波高距平值进行分解,探讨了中国海有效波高的年际变化特征。有效波高距平场的前两个模态的时间系数分布和空间结构与海面风距平场的前两个模态基本相似,说明中国海风、浪之间有很好的相关性。第一模态表现为冬-夏振荡型,反映了冬季有效波高的分布特征及海面风场对有效波高分布的影响。第二模态表现为春-秋振荡,反映了季风转换过渡时期有效波

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义及研究背景
• 1.2 研究进展
• 1.2.1 散射计反演技术及数据应用研究进展
• 1.2.2 风浪理论及海浪预报的发展
• 1.2.3 海浪数值模拟研究的发展及我国海浪数值模拟工作的研究现状
• 1.2.4 中国海海面风和波浪分布及变化研究进展
• 1.3 本论文工作介绍
• 第二章 卫星散射计介绍及ERS 散射计风场数据分析
• 2.1 卫星散射计
• 2.1.1 微波散射计的原理
• 2.1.2 几种星载微波散射计介绍
• 2.2 ERS-1/2 散射计数据分析
• 2.2.1 与NCEP 瞬时风场的比较
• 2.2.2 与浮标数据的比较
• 2.2.3 ERS 月平均风场数据处理方法
• 2.3 小结
• 第三章 中国海海面风场时空变化特征分析
• 3.1 散射计海面风数据集及预处理
• 3.2 EOF 方法及VEOF 方法介绍
• 3.3 海面风场的月平均分布
• 3.4 中国海海面风速距平场的年际变化分析
• 3.5 中国海海面风速距平场的年代际变化分析
• 3.6 小结
• 第四章 风浪计算及东中国海波浪数值模拟
• 4.1 利用风浪成长关系计算瞬时风场下的有效波高分布
• 4.1.1 风浪成长关系
• 4.1.2 风浪计算
• 4.2 利用风浪关系公式计算充分成长状态下的有效波高分布
• 4.3 海浪模式WAVEWATCH-Ⅲ
• 4.3.1 模式简介
• 4.3.2 模式特征
• 4.3.3 模式的控制方程
• 4.3.4 模式的源函数项
• 4.4 东中国海海面浪场的数值模拟
• 4.4.1 计算海区以及模式设置
• 4.4.2 资料来源
• 4.4.3 模拟结果与浮标观测资料的对比分析
• 4.4.4 统计分析
• 4.5 小结
• 第五章 中国海有效波高的时空变化特征分析
• 5.1 有效波高数据集及预处理
• 5.2 方法介绍
• 5.3 月平均有效波高分布及变化特征
• 5.4 中国海有效波高距平场的年际变化分析
• 5.5 小结
• 第六章 结语
• 6.1 主要结论
• 6.2 本文的创新点
• 6.3 讨论及将来工作展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢