Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из фундаментальных проблем современной океанологии является исследование синоптических процессов в океане. С момента открытия в 1970 г. синоптических вихрей открытого океана (Бреховских и др. 1971) было получено много интересных данных о природе этого явления. Однако, в связи с нестационарностью синоптических процессов, наиболее полную картину зарождения, жизни и старения синоптических вихрей дают, по-видимому, долговременные полигонные измерения океанских течений и температуры воды на автономных буйковых станциях АБС.
В результате неточной постановки АБС и их дрейфа в процессе измерения всегда возникает задача воспроизведения картины течений в узлах некоторой регулярной сетки. Очевидно, что от точности такой интерполяции будут зависеть и последующие оценки и расчеты. Одним из наиболее распространенных методов первичной обработки данных измерений скорости течений на АБС является метод оптимальной интерполяции поля скорости (Гандин 1964). Этот метод, при всех своих достоинствах, обычно применяется при сильных предположениях о статистической стационарности и изотропности синоптических полей. Результаты последних исследований (Bach Lien Hua и др. 1985) показывают, что эти предположения плохо выполняются не только во фронтальных зонах, но и в открытом океане. Использование предположения о статистической изотропности интерполируемых полей совместно
с не очень точным определением ковариационных функций приводит к тому, что получаемые в результате интерполяции поля скорости течения оказываются сильно сглаженными. В принципе, теория метода оптимальной интерполяции позволяет отказаться от указанных выше предположений, но для этого требуется детальное знание статистики интерполируемых полей, что для океана практически невозможно.
Предлагаемая работа была ориентирована на разработку методики, которая позволяет избегнуть или хотя бы приуменьшить указанные и некоторые другие недостатки метода оптимальной интерполяции. При этом ставилась задача сохранить на том же уровне требования к быстродействию и оперативной памяти ЭВМ.
Цель и основные задачи исследования. Целью диссертации является формулировка, построение, тестирование и реализация простых с вычислительной точки зрения методов объективного анализа данных наблюдений, выполняемых путем полигонных постановок АБС в океане. Работа направлена на решение следующих основных задач:
-
Разработки экономичного вариационного метода объективного анализа данных измерений скорости течения на одном горизонте.
-
Сравнение этого метода с методом оптимальной интерполяции поля скорости по данным, полученным в эксперименте "Мегаполигон".
3. Применения указанного в пункте 1 метода к скаляр
ным синхронными и квазисинхронным полям.
-
Разработки вариационного метода совместного анализа данных наблюдений над скоростью течения на нескольких горизонтах.
-
Тестирования указанного в пункте 4 метода на некоторых модельных решениях и сравнения результатов его применения с данными наблюдений и результатами использования других независимых методов обработки данных, учитывающих трехмерную структуру океанских течений.
Научная новизна. В работе показана предпочтительность применения вариационного метода штрафа при объективном анализе данных измерений скорости течений и температуры воды по сравнению с методом оптимальной интерполяции. Получено, что при совместном использовании данных измерений скорости течений на нескольких горизонтах, вариационный метод штрафа дает реальную картину течений во всей толще океана. Путем численных экспериментов с использованием заданного поля скорости течения, удовлетворяющего интегральному уравнению неразрывности, показано, что с помощью предложенного вариационного метода можно проводить оценки скорости вертикальных движений в океане. В работе получены оценки вертикальных скоростей в районе эксперимента "Ме-гаполигон", которые неплохо согласуются с оценками, полученными иными методами. Уточнены значения тепло и солезапаса линзы средиземноморской воды, обнаруженной во время эксперимента "Мезополигон".
Практическое значение. Вариационные методы штрафа, предложенные в диссертации, могут быть использованы при обработке и анализе данных наблюде-
ний над скоростью течения и температуры воды, выполненных на АБС, а также данных судовых квазисинхронных измерений температуры и солености воды в океане. Вариационный метод анализа трехмерной структуры океанских течений по данным измерений скорости течения на нескольких горизонтах может быть особенно полезен при исследовании районов активных вертикальных движений океанский вод, а также при задании начальных условий, удовлетворяющих уравнению полных потоков, в численных моделях океана.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на семинарах Лаборатории синоптических процессов и Отдела крупномасштабного взаимодействия океана и атмосферы ИОАН. Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в четырех работах автора.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, трех глав, заключения и приложения. Работа содержит 82 страницы машинописного текста, 44 рисунка, 2 таблицы. Список литературы включает 64 наименования, из них 26-иностранных авторов. Приложение составляет 58 рисунков.
