胶州湾及青岛近海岸线变迁对青岛近海海洋动力环境的影响研究

论文摘要

本文基于FVCOM海洋数值模式,采用无结构的三角形网格,建立胶州湾及其邻近海域的三维高分辨潮汐潮流数值模型。在较精确模拟2008年胶州湾及其邻近海域的潮汐潮流的前提下,假设开边界的水动力条件变化不大,分别对其他四套不同年代(1935、1966、1986、2000)岸线和水深条件的胶州湾的潮汐潮流进行数值模拟,比较这些年代下胶州湾的水动力变化(纳潮量、潮汐潮流以及水交换率)。通过对模拟结果的分析比较,得出以下主要结论:随着胶州湾总水域面积的减小,纳潮量也在逐渐减小,从1935年到2008年全湾的纳潮量减少了31.09%,约3.839亿m3,减幅最大的主要是在1966年到1986年期间,减少了2.335亿m3;1935年到2008年期间,M2的同潮图发生了较大的变化,特别是等迟角线的变化,潮波从湾口到湾顶的传播时间逐渐减小,其他分潮的同潮图也发生了变化,但不明显;不同年代一个周期内的流场结构变化很小,但是流速呈减小的趋势,对特征点的流速进行时间平均可知,大潮时段2008年的平均流速较1935年减小了17%,1966年到1986年期间流速变化最明显;胶州湾欧拉余流的“团团转”的多涡结构基本保持不变,位置、强度大小则有很小的变化,最强的欧拉余流基本出现在团岛附近,最大值分别是1935年0.562m/s、1966年0.546m/s、1986年0.474m/s、2000年0.507m/s、2008年0.43m/s;水交换能力总趋势是减弱的,从1935年到2008年胶州湾的水交换能力减小了9.2%,平均逐年减少0.13%。对整个胶州湾水体的半交换时间进行平均,5套不同年代岸线的水体半交换时间分别是37.0天、36.7天、39.2天、39.7天和40.8天。为了实现实时预报,利用改进集合Kalman滤波方法对2008年8月份高频地波雷达观测的表层流场数据进行同化。首先对改进集合Kalman滤波的一些参数进行对比试验,得出选取的状态集合数越多、预报场差值的时间间隔越大,同化的效果越明显;随时间演变的状态集合得到的同化结果相对于固定的状态集合得到的同化结果与观测数据更接近;选取合适的参数,对一个月的地波雷达数据进行同化, U、V方向的均方根误差的均值分别减小了4.5cm/s和3.3cm/s。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 研究意义和目的
• 1.2 胶州湾简介
• 1.3 胶州湾的研究现状
• 1.4 本文主要工作
• 1.4.1 本文主要内容
• 1.4.2 本文研究内容的结构
• 2 模式简介、配置与模型验证
• 2.1 模式简介
• 2.2 模型配置
• 2.2.1 计算区域与网格剖分
• 2.2.2 海湾岸线与海底地形
• 2.2.3 边界条件
• 2.2.4 初始条件及其他条件
• 2.3 模型验证
• 2.3.1 潮汐验证
• 2.3.2 潮流验证
• 2.4 本章小结
• 3 现状分析
• 3.1 潮汐分析
• 3.2 潮流分析
• 3.2.1 海湾基本流态现状
• 3.2.2 潮流椭圆
• 3.2.3 最大可能流速
• 3.2.4 潮致余流
• 3.3 潮流能通量
• 3.4 实测数据分析
• 3.4.1 海军（大公岛）海流资料分析
• 3.4.2 QF105 浮标数据
• 3.5 本章小结
• 4 五个不同年代岸线下胶州湾水动力变化
• 4.1 海湾纳潮量变化
• 4.2 潮汐变化
• 4.3 流场变化
• 4.3.1 流场变化
• 4.3.2 特征点流速及流向变化
• 4.3.3 欧拉余流场的变化
• 4.4 水交换能力的改变
• 4.5 本章小结
• 5 数据同化技术的简介
• 5.1 集合Kalman 滤波介绍
• 5.1.1 Kalman 滤波发展历史
• 5.1.2 集合Kalman 滤波的发展历史
• 5.1.3 集合Kalman 滤波理论技术
• 5.2 Canadian Quick Covariance method 简介
• 5.3 改进集合Kalman 滤波方法（SENKF）
• 5.4 雷达简介
• 5.5 本章小结
• 6 数据同化的结果分析
• 6.1 状态集合数
• 6.2 预报场差值的时间间隔
• 6.3 预报场差值的时间间隔和状态集合数的比较
• 6.4 固定的状态集合和随时间变化的状态集合之间的比较
• 6.5 同化结果分析
• 6.6 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 今后工作展望
• 参考文献
• 附件
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文