正压准平衡海洋模型及其解Ⅰ:中纬度大尺度风场强迫情况

本文建立了风场强迫下考虑瑞利摩擦的水平二维正压准平衡海洋模型,并对中纬度大尺度风场强迫的情况做了解析求解。结果表明,在近地面西风急流的强迫下,在理想海洋的西海岸以东会出现由气旋涡与反气旋涡构成的涡旋偶;当西风强迫越大,粘性越小时其强度越大,而β越大,β通道的半宽越小,则其沿纬向的变化越剧烈;该涡旋偶的性质属准平衡的涡旋波。将该结果与北太平洋上层流场异常的复EOF分析的第一模态作比较后可见,两者有类似之处。最终,该海洋模型的解则趋于该风场强迫特解。

正压准平衡海洋模型及其解Ⅱ:中纬度自由涡旋波动

本文研究了正压准平衡海洋模型中的自由涡旋波。得到的主要结论有:该模型中的解为波包,其载频都是西传的。在仅考虑大洋西海岸时其载频频率是连续谱;而同时考虑大洋东、西海岸时则其为离散谱;且均有其载频频率越高(周期越短)其水平尺度越大的特点,对过分低频的波动,则会使准平衡的假定不再适用。模型中波包载频的周期约在26 d至24 a。因考虑了摩擦,波包的振幅随时间呈指数衰减,最终趋于0,但摩擦系数大小仅影响其衰减程度而不改变其空间结构,这样该模型的解最终趋于大气风场的强迫特解。该模型中波动的性质是准平衡的涡旋波,包括准地转的Rossby波。

两层正压准平衡海洋模型的中纬度自由涡旋波动解

建立了具有瑞利摩擦且仅考虑大洋西海岸或同时考虑大洋东、西海岸的两层正压准平衡海洋模型,并做了解析求解,用以研究中纬度的自由涡旋波。得到的主要结论有:模型中该波动的解为波包。在仅考虑大洋西海岸时该波包的载频频率是连续谱;而同时考虑大洋东、西海岸时其为离散谱;且均有载频频率越高(周期越短)水平尺度越大的特点,对过分低频的波动,则会使准平衡的假定不再适用。模型中该波动波包载频的周期约在26天至24年。因考虑了摩擦,该波包的振幅随时间呈指数衰减,但摩擦系数的大小仅影响其衰减程度而不改变其空间结构,最终该波包振幅趋于0,故该两层正压海洋模型的解就趋于大气风场的强迫特解。模型中该波包的载频都是西传的;频率较高则西传较快,波包的特性和变形都很明显;频率低,则西传慢,其波形接近平面简谐波。在该两层正压模型中,该波动上层流场与正压模型中的流动类似,而下层海洋流动则其流速与上层海洋相同,而流向相反。该模型中该波动的性质是准平衡(准无辐散)的涡旋波,当摩擦不太大且其水平尺度在10km以上时,其性质则为准地转的Rossby波。

两层正压准平衡海洋模型的中纬度定常风场强迫解

建立了风场强迫下考虑瑞利摩擦的水平二维两层正压准平衡海洋模型,并在中纬度大尺度理想风场强迫的情况下,进行了解析求解。结果表明,在西风急流强迫下,在理想海洋的西海岸以东的上层流场上,在西风急流处会出现较强的东向流;在接近β通道侧壁处则有西向逆流出现;在近西海岸处,在上述东向流的两侧有气旋性曲率与反气旋性曲率的流动;而下层流场的强度与上层流场大致相同,但流向大体相反。由理想西风急流异常强迫出的流场异常的分布形式与以上结果类似。与实际风场异常强迫下的北太平洋上层流场异常进行比较后可知,模型得到上层海洋的结果与实际情况有相像之处。最终,该海洋模型的解趋于风场强迫特解。

软件开发中的海洋模型

提出了软件开发的海洋模型，讨论了如何将软件开发的一般模型与海洋模型相结合，给出了一个海洋模型实现的实例─—Ｈａｉｇａｎｇ系统．用ＳＯＫＭ／Ｌ语言对海洋模型进行了描述．

有限体积海岸海洋模型模拟泉州湾人工岛建设对水交换的影响

以泉州湾秀涂人工岛的建设为例,基于有限体积海岸海洋模型,建立泉州湾三维数值模型,模拟分析建岛前、后水动力特征、潮致余流和纳潮量的变化.采用欧拉弥散方法模拟污染物浓度的对流扩散,对泉州湾的水交换能力进行分析.结果表明:建岛后,大部分海域的海潮流速约减小0.1 m·s-1;石湖港区人工岛连线以西大部分区域的潮致余流变化不显著,但湾口的潮致余流出现较为明显的减少;纳潮量的变化较为明显,小潮期间纳潮量的变化率为10.09%,使小潮期间湾内水体与外海的交换能力变弱,更易遭受污染威胁;洛阳江流域和金屿的污染物浓度差变化较大,导致湾内水体的半交换时间约增加3 d.

FVCOM海洋模型模拟轨迹与漂流浮标实际运动轨迹的对比矫正

为了更好地对海洋进行开发、保护和搜救工作,需要更多地了解海洋环境,并对海洋表面漂浮物的运动轨迹进行准确预测。本文通过监测获取的漂流浮标的实际运行轨迹数据,将其与海洋模型FVCOM预测出的位置轨迹数据进行对比,并计算比较两个位置轨迹之间的误差距离及关键点的位置情况,以此了解FVCOM海洋模型在各海域的实际预测情况,并根据风速情况对模型轨迹结果进行进一步矫正,从而使海洋模型能够更好地进行实际预测,进行海洋开发研究。

多种海洋模型在缅因湾海底水温模拟中的应用研究

近几十年来沿海海洋环流模型已得到显著改善,但仍然难以获得足够的数据来约束和验证模拟。为了给予海洋模型更好地验证模拟,文章通过EMOLT项目的底部水温数据集作为参照,利用Python对缅因湾海域常用的三种海洋模型的预测效果进行可视化研究。

三维激光扫描技术在海洋模型试验中的应用

基于三维激光扫描技术,使用Leica ScanStation 2地面三维激光扫描仪对胶州湾物理模型试验地形进行测量。结果表明,三维激光扫描技术比常规的地形测量技术具有更多的优势,为海洋物理模型试验地形提供了一种高效、可行的测量手段。

使用罗斯比中心海洋模型检测波罗的海次盆地的周转时间

尤其在判断气候变化可能带来的影响时,事实证明有必要对受到显著的外部影响的有限海域的水更新速度进行评估。随SWECLIM项目一起,上述工作已在波罗的海的两个生态敏感的次盆地(即:里加湾和格但斯克湾)中开展。为此目的,我们已分别以质量平衡收支和拉格朗日轨迹线为基础,采用了两种方法上不同的做法。与采用拉格朗日技术获取的结果相比,事实证明,在作为一个在形态上受到极大约束的盆地的里加湾中,使用这种箱状模型方法非常合适,而在将它用于以更加开阔的地形条件为特点的格但斯克湾时却表现出一些不足。

海洋保护地规划中生态系统模型的应用探究

海洋保护地是海洋生态环境管理的重要措施,科学有效的海洋保护地空间规划能够加强对海洋生物多样性和生态系统健康的保护。探讨面向对象的海洋生态系统评估(Object-oriented simulator of marine ecosystem exploitation,OSMOSE)模型在海洋保护地空间规划中的应用前景,通过深入分析模型原理、关键过程和研究进展,以及结合模型特征及其功能实现,对模型在海洋保护地空间规划中能够发挥的多方面优势进行了重点探究;同时与现有海洋保护地空间规划方法的对比以及与实际海洋保护地案例结合,探讨了OSMOSE模型与现有的海洋保护地空间规划技术方法的异同及有机结合的潜在可能。结果表明,OSMOSE模型在模拟海洋生态系统动态、预测管理策略效果方面展现出的显著优势,模型对多物种相互作用以及时空分布的精准模拟,可以为海洋保护地空间规划提供丰富的数据支撑和决策依据。模型的合理应用不仅为我国海洋保护地建设提供了新视角,还有助于提升海洋保护地的空间规划合理性与管理措施有效性,对促进我国海洋生态保护具有重要作用和应用前景。

海洋生态模型中的伴随同化方法

伴随同化方法(简称“伴随法”)在1995年被首次应用于海洋生态模型,此后,它在海洋生态模型的研究中得到了广泛的应用。在本文中,作者详细阐述了海洋生态模型中伴随法的结构和特点,具体介绍了伴随法在海洋生态模型应用中的研究进展;并且以渤、黄海NPZD生态数值模式为例,展示了伴随法的优越性。

海洋生态模型管理系统的设计与实现

在分析了数学模型的输入、输出和处理方法的基础上,利用ASP.NET技术和SQL Server设计开发了一个基于数据库的海洋生态模型管理系统。海洋生态模型管理系统综合了海洋技术、Internet技术和数据库技术,目的是收集、整理和分析与海洋生态系统相关的数学模型,并按照一定的分类原则把他们整合到一起,以文本的形式存放到数据库中,同时在网上提供按照数学模型中重要参数或数学模型的分类对数据库的查询,并把查询到的数学模型通过浏览器显示在屏幕上。该系统可实现对海洋生态模型的查询、维护以及与海洋生态模型相关的Internet链接地址的查询和维护,提高工作效率,为海洋生态的定量化研究提供平台。

数据同化在海洋生态模型中的应用和研究进展

将数据同化方法引入海洋生态系统动力学模型研究,利用现有的观测数据,获得最佳的模式参数、初始场或提高状态模拟,是当前多学科交叉研究的热门领域。本文依据国内外研究进展,主要就海洋生态模型研究中所采用的变分伴随、卡尔曼滤波、模拟退火法方法进行了介绍,总结了数据同化在我国的海洋生态系统研究中的现状和发展趋势。

海洋GIS数据模型与结构

探讨了海洋 GIS中的数据模型和数据结构问题。根据物理海洋学的研究方法 ,提出了海洋 GIS的数据表达模型。针对海洋 GIS中水体的特点 ,提出了适合海洋 GIS水体的多级化格网型数据结构 ,给出了两种大尺度海洋常用的格网化方案 :全球等角格网化方案和全球等面积格网化方案。这种格网型数据结构是普通 GRID的扩展 。

高精度距离等比例线法海洋划界模型研究

分析表明,目前国内外只对距离等比例线法海洋划界模型作了初步的研究,所建立的模型仍然停留在欧氏平面或地图投影平面上,无法满足海洋划界对分界线点位精度的要求。为改变这种局面,提出并建立了一种全新的基于地球椭球体缓冲区构建技术的高精度距离等比例线法——椭球面距离等比例水线法海洋划界模型。

一种随机海洋波模型及其数字仿真

介绍了一种随机海洋波谱模型，分析了波谱模型中的波幅计算的三种频率谱函数。针对不同海风条件（风速和风向），对模型进行了仿真和比较。数字仿真结果表明：该模型较好地反映了随机海洋表面的动力学特性。

海洋计算模型协同一体化流程管理系统研究

海洋计算模型具有数据源广、模型复杂度高的特点,并且涉及众多学科领域。针对多种类海洋计算模型协同计算时调用复杂的问题,开发海洋计算模型协同一体化流程管理系统。对模型进行服务化封装集成,设计通用的数据转换接口,提出基于随机森林的数据分类与转换算法实现海洋数据的协同转换,并通过加入数据预处理过程降低时间复杂度。在此基础上,设计改进的鸡群优化算法提高调度效率,利用面向服务的多粒度协作流程建模方法构建轻量级的流程自定义交互机制。实验结果表明,该系统可有效提高海洋数据分析与模拟计算的效率,其中结合数据预处理的RF算法较SVM和原始RF算法数据分类速度更快,并可保持高于91%的分类准确率,而改进的鸡群优化算法迭代次数较原始CSO算法和SJF算法减少29%~37%,可有效提高调度效率。

海洋数值模型发展及其在海洋生物扩散模拟研究中的应用进展

以生物体在大洋中的扩散为核心,总结了相关研究成果,综述了目前海洋数值模型发展及其在海洋生物扩散模拟研究中的应用进展和展望,旨在为深入研究海洋数值模型与生物生态模型的耦合及其在生物生态研究上的应用提供参考。首先从海洋模型的发展历史入手,对比了不同海洋模型的配置方式,并列举目前全球应用最为广泛的几个模型,包括混合坐标大洋环流模型(HYCOM)、非结构有限体积法海洋模型(FVCOM)与区域海洋模型系统(ROMS),分析其特点及相关应用。此外,针对生物体扩散的3个基本阶段:释放、输送以及沉降,列举目前研究生物体扩散的3种基本研究方法,包括遗传基因法、元素标记法以及模型法,并在此基础上进一步探讨了海洋数值模型在生物体扩散中的应用。结果表明,模型法相对于其他两种方法而言是最优的方法,其可操作性和经济性最为适宜,但模型法的发展空间还很大,还有很多需要攻克的难题。海洋数值模型在生物体扩散研究中的应用实例进一步表明,利用物理模型与生物模型耦合是目前最为有效的手段。生物体扩散的成功建模需同时考虑模型自身的适应性以及生物体本身的行为,通过不断调试模拟生物扩散过程,进而择优选择。此外,开发出精度更高、实用性更强、兼容性更优的海洋模型是需要攻克的另一难题。目前,由于气候条件复杂、可获得数据资料较少等因素,大洋区域生物体扩散研究较为有限,但随着科技的进步,大洋区域数据资料的积累、适宜大洋区域海洋模型的开发,对大洋区域的生物体扩散研究必将成为趋势。

绿色海洋经济核算模型研究

文章总结了现有我国海洋生产总值、海洋资源价值、海洋生态价值核算现有方法,探讨了各种核算方法可能的不足之处,提出了一种基于核算指标动态价值关联的绿色海洋经济核算模型。