利用伴隨同化方法反演南海渦黏性系數

海水的渦黏性體現了海水內部的動力機制，可以從海水的渦黏性系數剖面的變化定性地推斷出海洋內部湍混合強弱的變化，以及風場對渦黏性系數的影響等信息。如何根據海水的運動現象和～些必要的外界條件將海水的渦黏性系數剖面反演出來，進而了解海洋內部運動信息是本論文的一個主要目標。由于海洋觀測資料的稀少，我們不得不借助于數值模擬計算方法，選擇一種符合物理事實而且行之有效的模型盡可能準確地將渦黏性系數反演出來，伴隨同化技術是本論文使用的主要方法。 利用伴隨同化技術以及處理數學物理反問題的技巧將海洋上的觀測數據同化到一維Ekman海流模型中去，對模型參數等進行優化，目的在于得到一些海洋的內部信息——渦黏性系數在時空上的分布，為進一步解決海洋的內部動力機制做準備。首先討論的是一個可視化的孿生試驗，在試驗的過程中由動力模型產生一些“觀測值”，驗證模型的穩定性與適用性。然后利用該數值模型來分析2002年8月份250kADCP在南海文昌平臺觀測到的海流資料和實時的風場資料，在使模型結果和實際數據不斷接近的過程中將未知的鉛直渦黏性系數從這些數據中反演出來。為探索渦黏性系數和風場之間的變化以及隨時間的發展，分不同的時間步長做了兩次模擬分析。 第一次模擬是把渦黏性系數看作只是海水深度的函數，重點討論了渦黏性系數隨深度的變化，以及在深度上如何受風場的作用。結果表明，渦黏性系數在該研究海域的深度上有一個10-3-10-2m2/s范圍內的緩變過程，在30m以淺的表層渦黏性變化比較大，但數值比較小即湍混合作用比較弱，在10-3m2/s的量級上。在100m以淺的深度上海水渦黏性變化比較小，但數值比較大即湍混合作用比較強，在10-2m2/s的量級上。風場作用變化的地方可以看出渦黏性系數的響應，風場變大，渦黏性系數稍微變大，風場變小，渦黏性系數也隨之稍微減小。 第二次模擬是把渦黏性系數看作時空函數，重點討論了渦黏性系數在時空上的發展變化過程，當然，還是重點考慮風場的影響作用。結果表明，渦黏性系數的垂直剖面在時間上由于風場的變化有一個小的調整，渦黏性系數在風大和風小時相差了10-4-10-3的量級。表層渦黏性系數在研究的時間范圍內變化比較明顯，跟風場作用的變化有很好的對應關系，而隨著海水深度的增加，在其他層上，海水黏性系數的變化越來越不明顯。值得注意的是，在每一層上，海水黏性系數隨著時間有緩慢下降的趨勢。