基於沿海聲層析方法的人工上升流的同步觀測研究

《基於沿海聲層析方法的人工上升流的同步觀測研究》是依託浙江大學，由黃豪彩擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於沿海聲層析方法的人工上升流的同步觀測研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：黃豪彩
• 項目類別：面上項目

項目摘要

人工上升流能改善海洋生態環境，增加碳匯，增殖漁業資源，對抑制氣候變暖和海洋自然災害有一定作用。人工上升流是近年來海洋科學領域的研究熱點與前沿課題，人工上升流區的長時間序列觀測和模擬研究則是人工上升流研究的重點。與傳統海洋觀測手段相比較，海洋聲層析技術能夠運用較少的儀器開展大範圍的長期同步觀測，具有潛在的優勢和套用前景。本項目採用沿海聲層析這一先進的觀測技術對人工上升流區開展長時間序列觀測和海洋環境模擬研究。主要研究內容包括：針對淺海環境的特點，開展人工上升流區聲層析反演方法研究；採用集合卡爾曼濾波算法，開展聲層析數據同化方法研究；利用多台沿海聲層析系統對人工上升流區進行現場同步觀測試驗，並對數據進行分析。本項目將探明人工上升流的流場和溫度場的分布規律和演化過程，對人工上升流的科學研究起到技術支撐的作用，同時提升我國海洋監測水平，具有重要的科學意義和工程套用價值。

結題摘要

人工上升流可改善海洋生態環境，增殖漁業資源，還可提高海洋碳匯能力，對抑制氣候變暖及海洋自然災害產生作用，也是近年來的研究熱點與前沿課題。國內外關於人工上升流的流速和溫度分布規律及演化機制等研究較少。本項目圍繞基於聲層析技術的人工上升流區流場及溫度場觀測，主要研究內容如下： 一是聲層析理論及反演方法研究。結合現有海洋聲層析及沿海聲層析相關理論，本項目開展了多次實驗室及海上試驗，針對人工上升流區溫度場、流場觀測特點最佳化了聲層析反演方法，提出了一種站位距離矯正方法來解決短距離聲層析觀測實驗的站位漂移問題。 二是數據同化理論研究。本項目對數據同化方法進行了理論研究，採用基於隨機動力預測理論的集合卡爾曼濾波法進行數據同化，解決傳統卡爾曼濾波方法套用於非線性系統時的近似問題，將進一步做數據同化試驗研究。 三是實驗室人工上升流觀測實驗研究。於消聲水池進行2站位溫度觀測實驗，成功觀測到上升流帶來的溫度變化。於造流水槽進行測溫、測流實驗，成功觀測到穩定單向流及平均溫度，結果與測流計、溫度感測器結果吻合良好。於消聲水池進行了人工上升流區二維溫度場觀測實驗，並進行了溫度場數值模擬，反演得到二維溫度場。結果證明聲層析方法可以成功觀測到人工上升流，且反演結果與溫度鏈結果具有較高一致性。 四是海上短距離聲層析實驗研究。於青島鰲山灣大型人工上升流平台進行海試，初步得到平均流速；於摘箬山島進行水平二維流場觀測實驗，得到水平二維流場，反演結果與ADCP基本吻合；於千島湖進行二維垂直溫度場觀測實驗，觀測各層平均溫度與CTD結果高度一致。 本項目提出了基於聲層析技術的人工上升流實驗方法，建立了處理短距離聲層析實驗數據的理論方法，開展了人工上升流區的數值模擬及實驗室、海試實驗，初步探明了人工上升流區溫度場的分布規律及演化機制，驗證了聲層析技術用於短距離觀測的可行性，為我國人工上升流科學研究提供了必要的技術支撐。