海洋模式中的参数化过程
海洋环流数值模式
海洋环流数值模式海洋环流数值模式是一种用于模拟和预测海洋中水流运动的数学模型。
通过对海洋环流的数值模拟，可以帮助我们更好地了解海洋的运动规律，预测海洋中的洋流、涡旋和涡旋等现象，对于海洋环境保护、海洋资源开发和海洋灾害预防等方面具有重要的意义。
海洋环流数值模式的基本原理是根据海洋运动的基本方程，通过将海洋划分为无数个小网格，使用差分方法将海洋运动方程离散化，然后利用计算机进行求解。
通过对模型的运算，可以得到海洋中各个网格点上的流速、流向等物理量的变化规律，从而预测海洋环流的演变趋势。
海洋环流数值模式通常包括动力学模式和参数模式两部分。
动力学模式主要描述海洋中的惯性运动和地转流等大尺度运动，通过求解海洋动量方程和连续性方程来模拟海洋的流动。
参数模式主要考虑到海洋中的湍流、热量和盐分传输等小尺度过程，通过引入参数化方程来修正动力学模式的不足。
海洋环流数值模式的输入主要包括海洋表面的风场、海洋底部的地形、海洋中的淡水通量等。
其中，风场是海洋环流模拟中最为重要的输入参数，因为风是海洋中能量转移的主要驱动力。
通过模拟风场对海洋的作用，可以预测海洋中的风生流、边界流和地转流等现象。
海洋环流数值模式的输出主要包括海洋中的流速、流向、海表高度、海洋温度和盐度等物理量的变化。
这些输出结果可以用于研究海洋中的环流结构、洋流路径和海洋动力学过程等，也可以用于预测海洋中的海浪、海冰、海洋污染物传输等现象。
海洋环流数值模式的应用范围非常广泛。
在海洋科学研究方面，它可以用于研究海洋环境和海洋生态系统的变化，探索海洋生物和海洋资源的分布规律。
在海洋工程领域，它可以用于设计海洋结构物、预测海洋风浪、优化海洋能利用等。
在海洋灾害预防方面，它可以用于预测海洋中的风暴潮、波浪和海啸等，为海洋灾害的防范和减灾提供重要依据。
尽管海洋环流数值模式在海洋科学和工程领域有着广泛的应用，但它也存在一些挑战和限制。
首先，海洋环流数值模式需要大量的计算资源和数据支持，模拟范围和时间尺度有限。
海洋软件中坐标参数的求解(利用手簿)和使用.
海洋软件中坐标参数的求解和使用中海达研发部海洋测量组2010.05.26这里说的海洋软件指的是：1. 27测量测深二合一软件2. 27T测量测深二合一软件3. 28测量测深二合一软件4. 28T测量测深二合一软件5. 30测量测深二合一软件6. 30T测量测深二合一软件7. 370测量测深二合一软件8. 380测量测深二合一软件9. 390测量测深二合一软件10. 海洋测量软件4.311. 海洋测量6.112.施工定位5.7513. HyNav海洋测量软件（HyNav施工定位软件）后面这个也就是第13个软件和前面12个不同，前面12个通称为老的海洋测量软件，HyNav是2008年推出的新的海洋测量软件。
HyNav的坐标转换内核和手簿的坐标转换内核是一样的。
目前我们公司很多技术员都是用手簿去求坐标参数的，这样就导致一个兼容的问题。
在坐标转换方面前后两者最大的区别是: 在前面12个软件中，如果目标椭球是54椭球，但是却没有打开7参数时，这12个软件会把84BLH当成54BLH来直接在54椭球上投影，这样会导致北坐标差2米左右；HyNav 中如果目标椭球是54椭球，但是却没有打开7参数时，软件不会把GPGGA 中的84BLH当成54BLH来处理。
如果使用的是固定差改正，没有打开7参数的话，求固定差时，因为已知点的84BLH被当成了54BLH，和测量时移动台的84BLH被当成54BLH一样，这样将不会产生2米左右的偏差。
最后一个转换方法中会分析到。
HyNav的坐标转换方法和Hi-Rtk的坐标转换内核是完全一样的，手簿求解4参数的时候怎么选，HyNav就怎么选择。
手簿和HyNav中，如果目标椭球选择54椭球，但是却没有打开7参数，这2个软件不会把84BLH 当成54BLH处理，而老的海洋测量软件中，如果目标椭球选择54椭球，但是却没有打开7参数，软件会把84BLH 当成54BLH处理而直接在54椭球上投影，这就是北坐标常常差2米左右的原因。
使用内波混合参数化方法模拟黄海和东海夏季温跃层
使用内波混合参数化方法模拟黄海和东海夏季温跃层众多观测研究表明，夏季我国黄海和东海存在强盛的温跃层。
国内外学者对温跃层的形成机制进行了大量的探究，指出风、潮汐、海流、太阳辐射等物理因素均对温跃层的形成有重要作用。
温跃层强盛的海域往往伴随着强的内波出现，在我国夏季的黄海和东海海域也频频观测到强盛的内潮和内孤立波。
迄今为止，对这种发生在海洋内部的运动和其破碎对温跃层产生的影响研究甚少。
稳定层化的温跃层中，往往有内波存在，内波在温跃层中的传播和破碎过程形成强烈的混合，从而使垂向涡旋扩散系数增大。
因而，考虑内波的混合作用对温跃层的形成过程是重要的。
基于司宗尚等在南黄海进行的内波所致垂向湍流混合参量分布的研究，本文提出一种适用于浅海陆架环流模式的内波引起的垂向混合的参数化方法。
使用POM数值模式，设计了一组对照实验，在考虑风场和不考虑风场的强迫作用下，分别使用Mellor-Yamamda二阶湍流混合方案和本文提出的内波混合参数化方法，模拟黄海和东海夏季温跃层，并选取35°N和31°N断面为代表进行分析。
模拟结果显示，当不考虑风场强迫作用时，使用内波混合方法的模拟结果明显优于Mellor-Yamada二阶湍封闭方案；考虑风场强迫作用时，内波混合方法与Mellor-Yamada二阶湍封闭方案模拟结果与实测资料较为相符，均能模拟出等温线的台状结构及冷水团等特征，同时也存在着35°N断面8月温跃层强度较弱，底部冷水范围偏小的不足。
Mellor-Yamamda二阶湍流混合方案主要反映风场对上层海洋的混合作用，对于内波引起的混合作用反映较差；内波混合参数化方法主要考虑考内潮和内孤立波的混合作用，兼顾风场和底摩擦的混合作用，模拟结果较为理想。
一种海洋环境参数反演模型构建方法及装置
一种海洋环境参数反演模型构建方法及装置随着海洋资源开发利用的不断深入，海洋环境参数的监测与反演成为了海洋科学研究和海洋工程应用的重要问题。
在海洋环境参数反演中，常常需要构建相应的模型和装置来实现参数的精确反演。
本文将介绍一种海洋环境参数反演模型构建方法及装置，以期为相关领域的研究和应用提供一定的参考。
一、背景介绍海洋环境参数反演是指利用遥感技术获取的海洋数据，通过一定的模型和装置，推算出海洋环境中的各项参数，如海水温度、盐度、流速、悬浮物浓度等。
这些参数的精确反演对于海洋资源的开发利用、海洋环境的保护治理以及海洋灾害的预警预测都具有重要的意义。
二、模型构建方法在海洋环境参数反演中，模型的构建是重要的一步。
本文提出的海洋环境参数反演模型构建方法主要分为以下几个步骤：1. 数据获取：首先需要获取相关的海洋遥感数据，如卫星遥感数据、水下声呐数据等。
这些数据将成为模型构建的基础。
2. 参数分析：在获取数据的基础上，需要对数据进行参数分析，选择适当的参数作为反演的目标，如海水温度、盐度等。
3. 模型建立：基于参数分析的结果，建立相应的数学模型，描述海洋环境参数之间的关系，同时考虑到海洋环境的复杂性和不确定性。
4. 算法设计：针对所建立的数学模型，设计相应的参数反演算法，以实现对海洋参数的精确反演。
5. 有效性验证：最后需要对所建立的模型和算法进行有效性验证，利用实测数据进行模拟测试，验证模型的反演效果。
三、装置设计在模型构建的基础上，需要相应的装置来实现海洋环境参数的反演。
本文提出的海洋环境参数反演装置主要包括以下几个部分：1. 传感器系统：装置配备相应的传感器系统，用于获取海洋遥感数据，包括卫星遥感数据、水下声呐数据等。
2. 数据处理系统：装置内置数据处理系统，用于对获取的海洋遥感数据进行处理分析，提取所需的参数信息。
3. 反演模型模块：装置中还包括反演模型模块，用于实现海洋参数的精确反演，根据所建立的模型和算法计算出海洋环境参数的值。
海洋数值模拟 实施方案
海洋数值模拟实施方案一、引言海洋数值模拟是指利用计算机模拟海洋物理、化学、生物等各种过程的数值模拟方法。
通过数值模拟，可以更好地理解海洋的动力学过程，预测海洋环境的变化，为海洋资源开发利用、环境保护等提供科学依据。
本文将介绍海洋数值模拟的实施方案，以期为相关研究和实践提供参考。
二、模拟区域选择在进行海洋数值模拟之前，首先需要选择模拟的区域。
模拟区域的选择应考虑到研究的目的、模拟的精度要求以及数据的可获得性等因素。
一般来说，可以根据研究需求选择全球海域、特定海洋区域或者局部海域进行模拟。
三、模拟模型选择海洋数值模拟的模型选择是非常关键的一步。
目前常用的海洋数值模拟模型包括海洋动力学模型、海洋生态模型、海洋气候模型等。
在选择模型时，需要考虑模型的适用性、稳定性、计算效率等因素，以确保模拟结果的准确性和可靠性。
四、模拟参数设定在进行海洋数值模拟时，需要设定一系列的模拟参数，包括海洋水文、水文、生态等参数。
这些参数的设定将直接影响到模拟结果的准确性，因此需要进行充分的调研和分析，以确定最合理的参数设定方案。
五、模拟数据处理模拟数据处理是海洋数值模拟的重要环节。
在模拟结束后，需要对模拟结果进行处理和分析，以获得所需的海洋环境信息。
数据处理的方法包括插值、平滑、统计分析等，通过这些方法可以更好地理解模拟结果，为后续研究和应用提供支持。
六、模拟结果验证模拟结果的验证是海洋数值模拟工作的最后一步。
通过与实际观测数据的对比，可以验证模拟结果的准确性和可信度。
在验证过程中，需要注意对比的数据选择、对比方法的合理性等问题，以确保验证结果的科学性和可靠性。
七、结论海洋数值模拟是一项复杂的工作，需要综合运用海洋学、数学、计算机科学等多个学科的知识。
通过科学的实施方案，可以更好地开展海洋数值模拟工作，为海洋科研和实践提供有力支持。
希望本文所介绍的实施方案能够对相关工作提供一定的参考和帮助。
海洋中主要的垂直混合机制对流
9
双扩散（Double Diffusion）
• 形成机制：分子的热扩散速率是盐度扩散 的100倍
盐指
Salty&Warmer
Salty
Less salty&Colder
盐指试验
2007-11 10
垂直混合参数Βιβλιοθήκη 方案• 整体（Bulk）混合层方案：假设混合层中速度、 温盐是均匀的，主要模拟混合层的温度、盐度和 混合层厚度得变化。
0 2 1 1 h 1 1 3 2 2 3 we (q c j v ) m1u* hB0 ( ) J 0 C v dz h 14 2 2007-11 2 2 r 3
混合长理论方案（1）
——PP方案观测基础
• 表层混合强，温跃层 混合弱。 • 在赤道潜流上下，都 存在强的速度的垂直 切变。 • 将垂直混合系数设置 为Richardson数的函 数，以便更合理地模 拟赤道上的混合层和 温跃层的结构。
2007-11
4
海洋的主要混合机制和外强迫 浮力通量
风
Wave Breaking
Shear Ekman Langmuir Circulations Transport Internal Wave Break Convection Shear
5
Double diffusion
2007-11
垂直混合的主要机制
第五讲 海洋模式中的参数化过程
刘海龙 lhl@ 2007年11月
2007-11 1
1.3 垂直混合方案
2007-11
2
海水温度方程
T T T T ( u u ) (v v ) (w w ) t x y z T K h T (Kv ) R( K I , T ) z z 1 I 0 垂直混合 C p z CT
海洋数值模拟实施方案
海洋数值模拟实施方案海洋数值模拟是一种通过计算机模拟海洋动力学过程的方法，可以对海洋现象进行定量分析和预测。
海洋数值模拟实施方案是指在进行海洋数值模拟时所需遵循的具体步骤和方法。
本文将就海洋数值模拟的实施方案进行详细介绍，以期为相关研究和实践提供参考。
首先，进行海洋数值模拟前，需要准备好相关的数据和资料。
这些数据包括海洋的地理信息、气象信息、海洋生物信息等，这些数据将作为模拟的输入参数。
同时，还需要收集海洋观测数据，用于模拟结果的验证和校正。
其次，选择合适的数值模型是进行海洋数值模拟的关键。
目前常用的海洋数值模型包括海洋环流模型、海洋波浪模型、海洋生态模型等。
在选择模型时，需要根据研究对象和研究目的来确定合适的模型类型和参数设置。
然后，进行模型的网格化和离散化处理。
海洋数值模拟需要将海洋空间离散化为有限的网格，通过对每个网格单元进行动力学方程的离散求解，来模拟海洋的运动和变化。
因此，网格化和离散化处理的质量将直接影响模拟结果的准确性和可靠性。
接着，进行模拟实验和参数调整。
在进行海洋数值模拟时，需要进行多次模拟实验，并根据观测数据对模型参数进行调整和优化，以提高模拟结果的精度和可信度。
最后，对模拟结果进行分析和应用。
通过对模拟结果的分析，可以揭示海洋现象的规律和特征，为海洋科学研究和海洋工程应用提供重要的参考依据。
综上所述，海洋数值模拟实施方案是一个系统工程，需要在数据准备、模型选择、网格化处理、参数调整和结果分析等方面进行全面考虑和合理安排。
只有严格按照实施方案进行操作，才能得到准确可靠的海洋数值模拟结果，为海洋科学研究和海洋工程应用提供有力支持。
海洋物理学中的海洋环流模式构建与验证
海洋物理学中的海洋环流模式构建与验证随着科学技术的进步，人们对海洋环境的研究越来越深入。
而海洋环流模式构建与验证作为海洋物理学领域的重要研究方向，具有重要的理论和实践价值。
本文将从海洋环流模式构建和验证两个方面进行论述。
一、海洋环流模式构建在海洋环流模式构建中，输入参数的选择是非常重要的。
输入参数包括海洋的物理特征、变量和边界条件等。
为了构建准确的模型，需要收集和整理大量的海洋数据，并利用数学和物理等方法对数据进行处理和分析。
海洋环流模型的构建离不开数值计算方法的支持。
数值计算方法主要包括离散化方法和模拟算法等。
离散化方法将连续的海洋方程转化为离散的数学方程，用于求解模型的数值解。
模拟算法则利用计算机进行模拟和模型的计算。
此外，海洋环流模型的构建还需要考虑海洋的多样性和复杂性。
海洋环流受到多个因素的影响，如风、地球自转、海底地形等。
因此，在构建模型时，需要综合考虑这些因素，并利用数学和物理理论进行建模和模拟。
二、海洋环流模式验证构建好的海洋环流模式需要经过验证才能得到准确的结果。
验证是通过将模型的预测结果与实际观测数据进行对比，判断模型的准确性和可靠性。
验证海洋环流模式分为定性验证和定量验证两个方面。
定性验证主要通过观察和比较模型与实际情况之间的差异，判断模型的合理性。
定量验证则通过统计学方法和数值分析技术，对模型进行数值化和指标化评估。
在进行验证时，需要考虑到误差和不确定性的存在。
海洋环流模型的验证结果会受到多种误差的影响，如观测数据的误差、模型参数的误差等。
因此，在验证过程中需要合理地处理和评估误差，减小误差对结果的影响。
海洋环流模式验证的结果将反馈到模型的构建中，从而进一步完善和优化模型。
通过多次迭代和验证的过程，不断提高模型的准确性和可靠性。
结论海洋环流模式构建与验证是海洋物理学中的关键研究方向。
合理选择输入参数、采用适当的数值计算方法和综合考虑海洋的多样性和复杂性是模型构建的关键点。
模型验证需要考虑误差和不确定性，采用定性和定量的方法对模型进行评估。
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t
x
y
z
K hT
z
(Kv
T ) z
R(K I ,T )
1 I0
C p z
垂直混合
CT
短波辐射穿透
深对流
2007年10月
8
动量方程
u u u v u w u fv 1 p
t
x y z
0 x
BKhh2uu
z
海水中的分子运动
分子运动粘性系数
106 m2s1
分子扩散 KT 107 m2s1 KS 109 m2s1
分子运动在距边界几毫米以内是重要的，对海洋 内部的运动和示踪物扩散的影响可以忽略。
2007年10月
15
海洋中的湍流
• 流体微团 相对于分子足够大 相对于运动足够小
例子：参数化次网格湍流
Reynolds应 uu, vu, wu
力
zx
wu
K z
u z
K表示湍流粘性系数
ρ表示密度，()′表示扰动量，-表示 Reynolds平均
单位时间内，单位面积，在z方向上输送 的x方向的脉动动量通量的平均值。
2007年10月
5
海洋环流模式中哪些过程需 要参数化？
• Eddy-resolving:
<1/6
(涡分辨的)
The classification of ocean horizontal resolution（IPCC TAR, 2001）
目前用于气候研究的海洋模式大多为中等 分辨率（1 左右，约为100km），可以 较好地分辨大尺度环流。
2004)
11
2007年10月 /FGCM/index.ht
12
主要内容
1、次网格过程参数化 1.1 基本概念和理论 1.2 水平粘性方案 1.3 垂直混合方案 1.4 中尺度涡参数化
2、深对流 3、短波辐射穿透
2007年10月
13
1、次网格参数化 1.1基本概念和理论
空间尺度100-1000 km，时间尺度月以上，
由风和浮力通量驱动，是气候研究和模拟的对象。
2007年10月
18
次网格尺度过程（1）
• 不能被模式的网格所分 辨的过程，就称为“次 网格”过程。次网格过 程需要参数化。
• “次网格”过程的空间 尺度并是一个相对的概 念。如涡分辨率模式。
• 提高模式的分辨率可以 减小模式对参数化的依 赖程度。
(Merriam-Webster’s Collegiate Dictionary)
• 在数值模式中，不考虑过程的细节，而 是用其它一些确定的变量所表示的简化 函数表示这个过程，这个方法称为“参 数化”。
(Glossary of PO and Related Disciplines)
2007年10月
4
2007年10月
19
～1000km 大尺度环流
次网格尺度过程（2）
10~100k m
中尺度涡
~1cm 湍流
<1mm 分子运动
海洋
能谱
次网格尺度
波长
2007年10月
20
海洋模式的水平分辨率
• Coarse:
>2
• Medium:
2/3 to 2
• Eddy-permitting: 1/6 to 2/3 (涡相容的)
m
气
10~100k m
Eddies
海 洋
中尺度涡：10-100km 中尺度涡是海洋中最活 跃的物理过程，在稳定状 态下，海洋的混合主要是 通过中尺度涡进行的。 中尺度涡的混合主要是 沿着等密度面进行，穿越 等面度面的分量较小。
2007年10月
17
海洋中的大尺度运动 Ocean General Circulation
纬圈和全球平均的海温分布
Tem
短波辐射穿透
p
Mixed
layer
混合层
深对流 深对流
Tropical Thermoclin
e Thermoclin
e 温跃层
Permanent Thermoclin
e
底边界层
2007年10月
7
海水温度方程 水平混合
中尺度涡
T (u u ) T (v v ) T (w w ) T
(Kv
u ) z
水平粘性
垂直粘性
2007年10月
9
海洋模式中的主要参数化过程
• 动量方程中的水平和垂直粘性 • 温度和盐度方程中的水平和垂直混合 • 中尺度涡的混合和输运 • 深对流过程 • 短波辐射穿透 • 海底边界层
。。。。。。
2007年10月
10
LASG 大洋环流模式
2007年10月
ML20 : 20 Levels, 4
2007年10月
（引自《Numerical ocean circulation modeling》, by D. B. Haidvogel and A. Beckmann, 1999） 3
什么是参数化 （Parameterization）？
• to express in terms of parameters
海洋模式中的参数化过程
模式动力框架和参数化过程
• 动力框架（数值方法） 方程、网格、差分格式、
积分方案等等 • 参数化（物理过程）
湍流过程、中尺度涡、 辐射传输等等
2007年10月
2
参数化对模式的重要性
• 有关近似和参数化的相关概念是贯穿我们整个阐述过程的 主题。正如我们所强调的那样，按照惯例用于解决海洋行 为的运动方程通过复杂的一系列运动学近似、物理的参数 化和数值假定得到。任何一个或所有这些近似和参数化都 可能对海洋模拟的质量产生重要影响。因此对于从事海洋 环流模拟研究的新手来说，知道解的敏感性和潜在问题的 源头是十分重要的。
• Reynolds数 海水是湍流流体
• 湍流运动在边界附近 较强
Reynolds
Advection Viscous
UL
~
O(1011)
Rec
~ O(10 6 ); L ~ O(106 ); U ~ O(10 1); Re c 103
2007年10月
16
海洋的中尺度运动
~1000k 大
5 (陈克明, 1994; 张学洪
等,1996; 俞永强等, 1997)
L30T63 : 30 Levels,
1.875 1.875 (金向泽等,
1999)
LICOM 1.0 : LASG/IAP
Climate System Ocean
Model, 30 Levels, 0.5
0.5
(刘海龙, 2002；刘海龙等,