东中国海区域海浪同化系统设计与研究

论文摘要

针对目前海浪同化中没有适合东中国海区的业务应用系统,以及缺乏集合卡尔曼滤波方法(Ensemble Kalman Filter,EnKF)的应用的现状,设计了东中国海区域海浪同化系统。首先比较了目前常用的各种资料同化方法,指出各种同化方法的实质都是一种滤波过程,并选取最优插值方法(Optimal Interpolation,OI)和EnKF方法开展同化试验,动力模式选取WAVEWATCH III,观测资料为Topex/Poseidon卫星高度计观测波高。然后用观测法研究了模式预报误差协方差的统计性质,指出误差相关距离尺度在3°至6°之间。最后用22001号浮标观测资料验证了两个同化系统2000年8月的有效波高计算值,结果表明OI方案的同化系统对有效波高的均方根误差减少了9.0%,系统运行稳定,可应用于业务化部门;EnKF方案的同化系统在集合样本数为50的情况下,对有效波高的均方根误差减少了6.0%,用EnKF方法同化有效波高是可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 引言
• 1.1 海浪预报
• 1.2 海浪同化的产生
• 1.3 海浪同化进展
• 1.4 论文创新点
• 第二章 海浪同化方法及比较
• 2.1 最优插值法
• 2.2 变分法（VARIATION METHOD）
• 2.3 卡尔曼滤波法
• 2.3.1 标准卡尔曼滤波
• 2.3.2 扩展卡尔曼滤波
• 2.3.3 集合卡尔曼滤波
• 2.4 同化方法的统一性
• 第三章 WWATCH III 海浪模式
• 3.1 控制方程
• 3.2 模式的源函数项
• 3.2.1 风能量输入和耗散（WAM-3）
• 3.2.2 风能量输入和耗散（Tolman and Chalikov）
• 3.2.3 非线性相互作用（DIA）
• 3.2.4 底摩擦（JONSWAP）
• 3.3 数值实现
• 3.3.1 物理空间中的传播
• 3.3.2 波数空间中的传播
• 3.3.3 源函数项积分
• 第四章 误差的统计性质
• 4.1 观测误差
• 4.2 背景误差
• 4.2.1 方法及模型
• 4.2.2 模式设置
• 4.2.3 结果
• 第五章 OI 同化方案
• 5.1 B 矩阵
• 5.2 结果
• 5.3 观测算子H
• 第六章 ENKF 同化方案
• 6.1 方案设计
• 6.2 ENKF 同化流程
• 6.3 结果
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢