1、採用統計方法開展海洋預報
統計方法:通過對長期的觀測資料進行統計分析,構建統計模型進行海洋預報的方法。
優點:簡單,實用
缺點:無法對極端的海洋現象進行準確預報
2、利用動力學方法開展海洋預報
優點:可以科學的描繪出海水運動規律
缺點:要解出複雜動力學方程的解較為困難
1、數值方法:海洋數值模式的計算技術基礎
2、大多數數值方法的基本思想:時空座標中連續的物理場(如速度、溫度和鹽度場等),有有限個離散點上值的集合來代替,按一定方式建立起這些值的代數方程組並進行求解,以獲得物理量場的近似解。
存在問題:數值方法是一種離散的近似計算方法,影響計算的精度和效率,在性質上還會改變海洋流體的特徵。
例如:產生計算耗散、計算頻散等偽物理效應。
3、海洋數值模式的物理理論基礎:包含物理意義的偏微分方程。
因為:描述海水運動狀態的動力學方程是一組偏微分方程組。研究海水的運動狀態其實就是在分析在初邊界條件下偏微分方程組解的變化特徵。
存在問題:海水運動基本方程為非線性偏微分方程,非線性偏微分方程的非線性項也是造成海洋數值預報結果誤差的重要原因之一。
例如:非線性項不正確的離散方式會產生非線性計算不穩定現象。
定義:以過去和當前的海水狀態為初始狀態,充分考慮海水邊界處所受各類作用,基於計算機執行海洋數值模式,數值求解描述海洋演變規律的海水運動方程組,並結合觀測和同化等手段預報未來海洋現象和狀態的一種重要方法。
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1、選擇或建立數學模型
根據研究物件選擇或建立數學模型,如︰針對海浪、潮汐、風暴潮、海洋環流等海洋現象,採用量綱分析的方法對海水運動原始方程組進行簡化,建立描述這些海洋現象的動力學方程組。
2、建立離散模型
選擇合適的計算網路、差分方法
計算網路:結構網路,非結構網路
差分方法:有限差分方法,有限元方法,有限體積法
根據選取的網格配置和差分方案對基本方程組進行數值離散,建立代數方程組;並選擇合適的代數方程組求解方法進行求解,如,可以採用直接法、間接法進行求解。
3、編寫程式**
寫程式**;構建海洋數值模式,一般在linux平台下進行除錯、運算。
4、結果驗證比對
海洋數值模式計算出的結果需要與實驗、觀測結果進行比對:
· 可採用潛浮標、海洋調查船等測量的資料進行比對;
· 大面積表層海域計算結果可以與雷達、衛星遙感資料進行比對;
· 理想條件下的計算結果可以與實驗室水槽、水池的物理模擬結果驗證比對。
5、改進完善模式
根據比對發現的問題,針對性的修改構建的數學模型和採用的數值方法:可修改物理過程引數化方案、網格配置方案和差分方案等。
海洋數值模式的建立是理論設定、數值計算和測算驗證三者迭代的最終結果
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