基于表面状态参数的海洋三维建模及深层状态参数研究

论文摘要

大面积的海洋表面运动状态可以通过遥感技术实时获取,但是由于电磁波在海水中的衰减十分迅速,使得遥感探测范围只能停留在海洋表层。获取海洋内部的海流状态参数只能通过定点观测的方法,从而无法实现大面积的实时监测,因此如何利用表面状态参数获取海洋内部状态信息是当前亟需研究的内容。针对这一问题,本文在前人研究的基础上,进一步对海洋表面与内部之间的运动状态的关联性进行探索。以海洋动力学相关理论为基础,运用高频地波雷达获取的海洋表面状态数据作为边界条件,构建海洋三维数值模型,在特定海域进行海洋运动状态参数的实时反演与分布研究。将数值计算结果与定点监测设备的实测数据进行对比分析,验证研究结果的正确性和有效性。本文的主要内容如下:1)学习海洋动力学的背景知识,基于雷达数据的实时性,针对特定海域的海流状态和岸基特点,以及相关环境参数等推导出归一化的海洋运动控制方程组。2)对常用的数值计算方法进行分析讨论,基于有限差分原理,针对计算海域构建三维网格模型,将海水运动状态的基本控制方程组在三维网格上离散。进一步对网格上的特殊边界细化讨论,构建出结构完整的三维海流数值计算模型。3)将雷达探测系统获取的表面流数据,带入到数值模型中,反演出深层流状态分布信息,进而验证模型的合理性与有效性。针对反演误差,利用三次样条插值法进行数据处理,优化反演结果。4)根据海洋运动学规律,针对特定反演海域,对水体先分区再分层,建立变间距网格模型,进一步细化研究三维海洋数值模型。将两种模型计算得出的深层流状态信息与实测数据进行对比,根据反演效果,讨论模型的优化效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 海洋状态研究的背景与意义
•   1.2 深层海流状态研究现状
•   1.3 论文主要内容安排
• 第2章 基于表面状态参数的海洋动力学模型
•   2.1 海洋水动力学基本原理简介
•     2.1.1 动力学基本要素
•     2.1.2 海洋基本控制方程组
•   2.2 坐标系的选取
•   2.3 归一化三维模型的建立
•   2.4 本章小结
• 第3章 模型数值求解网格的构建及边界的处理
•   3.1 基于流体力学的常用数值计算方法简介
•   3.2 有限差分法简介
•     3.2.1 有限差分法的基本原理
•     3.2.2 有限差分法的基本格式
•   3.3 数值计算网格模型的建立
•   3.4 基于计算网格的边界处理
•     3.4.1 边界条件的获取
•     3.4.2 水平边界网格处理
•     3.4.3 垂直边界数据处理
•   3.5 本章小结
• 第4章 模型的数值计算与数据处理
•   4.1 数值计算的基本条件介绍
•   4.2 数值计算结果分析
•     4.2.1 反演流场信息
•     4.2.2 反演单点剖面信息
•   4.3 基于反演结果的数据处理
•     4.3.1 三次样条函数及其插值原理
•     4.3.2 流向数据的插值处理
•   4.4 本章小结
• 第5章 基于反演海域特征的数值模型优化
•   5.1 垂向变间距网格的构建
•   5.2 数值计算结果分析
•     5.2.1 全深度下反演结果剖面分析
•     5.2.2 特定时刻的反演结果与实测对比分析
•     5.2.3 特定深度下的反演结果与实测对比分析
•     5.2.4 反演数据误差统计
•   5.3 数值计算误差分析
•   5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参与的课题研究和取得的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘奥琦

导师: 李自立

关键词: 遥感测量,海洋运动状态,有限差分,三维水体模型

来源: 广西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 海洋学,工业通用技术及设备,自动化技术

单位: 广西师范大学

分类号: P714;TP79

总页数: 63

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