【正文】 ，ROMS對(duì)于區(qū)域南部的模擬效果優(yōu)于區(qū)域北部的模擬效果。圖 0到25米平均誤差和均方根Fig Mean Error and RMS of 025m圖 25到50米平均誤差和均方根Fig Mean Error and RMS of 2550m圖 50到75米平均誤差和均方根Fig Mean Error and RMS of 5075m。左側(cè)圖可以看出在這一深度模型對(duì)于溫度的模擬效果還可以，但是對(duì)于區(qū)域中部的模擬效果要優(yōu)于對(duì)區(qū)域南部?jī)蓚?cè)的模擬效果，而且對(duì)于近海岸區(qū)域的模擬效果要優(yōu)于對(duì)于遠(yuǎn)離海岸區(qū)域的模擬效果。右側(cè)的均方根分布圖也證明了該結(jié)論。在這一層中，由于實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)集中在很小的一個(gè)區(qū)域，不能很好的分析模型對(duì)于近海岸及遠(yuǎn)離海岸的模擬效果，但是對(duì)于南北部的差異還是可以看出來，模型在這一層次對(duì)于區(qū)域北部的模擬效果要優(yōu)于對(duì)于區(qū)域南部的模擬效果。根據(jù)上面的分析，可以得出以下結(jié)論：1)在0到25米即海洋垂直結(jié)構(gòu)的上層，模型的模擬效果很好，模型對(duì)于區(qū)域北部的模擬效果要優(yōu)于對(duì)于區(qū)域南部的模擬效果，越往南模擬效果越差，模型總體的模擬溫度要比實(shí)際觀測(cè)的溫度高一些；2)在25到50米即海洋垂直結(jié)構(gòu)的中層，模型的模擬效果很好，模型對(duì)于近海岸區(qū)域的模擬效果要優(yōu)于對(duì)于遠(yuǎn)離海岸區(qū)域，這是由于模型對(duì)遠(yuǎn)離海岸的區(qū)域（溫度躍遷層）的模擬效果不好造成的，而且和上一層次一樣，模型對(duì)于區(qū)域北部的模擬效果要優(yōu)于對(duì)于區(qū)域南部的模擬效果；3)在50到75米即海洋垂直結(jié)構(gòu)的底層，由于觀測(cè)數(shù)據(jù)較少，不能很好的分析模型對(duì)于這一層次的模型效果。 引入FVCOM模型和HYCOM模型由上面的分析已知ROMS模型在溫度躍遷層出現(xiàn)的誤差較大，為了更好地分析在ROMS的誤差問題，我們又引入了FVCOM模型和HYCOM模型與之對(duì)比分析。為了驗(yàn)證觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量情況，又采取了觀測(cè)數(shù)據(jù)附近26個(gè)由海船測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)，這些有海船觀測(cè)的數(shù)據(jù)可以通過美國(guó)東北漁業(yè)科學(xué)中心的網(wǎng)站下載。選取在這26艘海船觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)10千米內(nèi)并且時(shí)間在3天內(nèi)的海龜觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并且計(jì)算了這個(gè)海龜觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)三種模型模擬的數(shù)據(jù)。 3種模型與2種觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比1Fig Comparison 1 of Three Models with 2 Kinds of Observation Data ，紅色實(shí)線是海船觀測(cè)海洋溫度和深度數(shù)據(jù)，黃色虛線是ROMS模型模擬海洋溫度和深度數(shù)據(jù)，青色虛線是FVCOM模型模擬的海洋溫度和深度數(shù)據(jù)，棕色點(diǎn)虛線是HYCOM模型模擬的海洋溫度和深度數(shù)據(jù)?？梢悦黠@的看出海龜觀測(cè)的數(shù)據(jù)總體很接近海船觀測(cè)數(shù)據(jù)，而ROMS模型模擬的數(shù)據(jù)，總體優(yōu)于FVCOM模型，在潛水層和海底區(qū)域特別明顯，但是在中層區(qū)（躍遷層），模擬效果卻不如FVCOM模型。而HYCOM模型模擬的溫度總體較差。在數(shù)據(jù)分析中，ROMS模型和FVCOM模型的分析結(jié)果差別不大，而HYCOM模型分析結(jié)果差別很大。，F(xiàn)VCOM模型模擬溫度和海船觀測(cè)數(shù)據(jù)的平均誤差要優(yōu)于ROMS模型，但是FVCOM模型溫度總體輪廓形狀卻不如ROMS模型，由此可以看出ROMS模型模擬的溫度和深度數(shù)據(jù)更加接近實(shí)際情況，但是在中層區(qū)（躍遷層）出現(xiàn)誤差大的情況依然出現(xiàn)，而HYCOM模型模擬的溫度和深度數(shù)據(jù)依然誤差較大，輪廓形狀也差別很大。 3種模型與2種觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比2Fig Comparison 2 of Three Models with 2 Kinds of Observation Data 海船觀測(cè)數(shù)據(jù)，海龜觀測(cè)數(shù)據(jù)與3種模型數(shù)據(jù)對(duì)比分析Table Comparison of Ship Data, Turtle Data and Three Models Data對(duì)比項(xiàng)目分析方法攝氏度海船觀測(cè)數(shù)據(jù)減去海龜觀測(cè)數(shù)據(jù)平均誤差平均均方根值海船觀測(cè)數(shù)據(jù)減去ROMS模型數(shù)據(jù)平均誤差平均均方根值海船觀測(cè)數(shù)據(jù)減去FVCOM模型數(shù)據(jù)平均誤差平均均方根值海船觀測(cè)數(shù)據(jù)減去HYCOM模型數(shù)據(jù)平均誤差平均均方根值海龜觀測(cè)數(shù)據(jù)減去ROMS模型數(shù)據(jù)平均誤差平均均方根值海龜觀測(cè)數(shù)據(jù)減去FVCOM模型數(shù)據(jù)平均誤差平均均方根值海龜觀測(cè)數(shù)據(jù)減去HYCOM模型數(shù)據(jù)平均誤差平均均方根值。，℃℃，差別都非常小。由于海船觀測(cè)數(shù)據(jù)花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，資金需求大，而海龜觀測(cè)數(shù)據(jù)資金要求較小，可以使用海龜觀測(cè)數(shù)據(jù)代替海船數(shù)據(jù)。而ROMS模型和FVCOM模型的平均誤差和平均均方根和海船觀測(cè)的差別不大（℃，℃℃，℃），但是都比海龜觀測(cè)的差別要大，都優(yōu)于HYCOM模型數(shù)據(jù)（℃，℃）。而3種模型與海龜之間的計(jì)算結(jié)果大體和模型與海船之間的計(jì)算結(jié)果大體相似。由此可以得出結(jié)論：1)海龜觀測(cè)的溫度數(shù)據(jù)遠(yuǎn)優(yōu)于當(dāng)?shù)啬Ｐ皖A(yù)測(cè)的溫度數(shù)值；2)ROMS模型和FVCOM模型這2種局部區(qū)域模型模擬的溫度數(shù)值要優(yōu)于像HYCOM模型這樣的全球模型。在模型與觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比時(shí)，我們首先看一下最深點(diǎn)相關(guān)關(guān)系對(duì)比，其中紅色實(shí)線是相關(guān)性為1的線，黃色實(shí)線是相應(yīng)模型的相關(guān)性的線，不同顏色點(diǎn)表示數(shù)量，藍(lán)色越少，紅色越多。，屬于高度相關(guān)；，屬于中度相關(guān)。可以看出ROMS模型在海洋底部的數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)性很好，海底數(shù)據(jù)的模擬是相對(duì)好的；但是FVCOM模型在海底模擬的數(shù)據(jù)不如ROMS，模擬數(shù)據(jù)有一部分偏高；HYCOM模型模在海底模擬的差值更大，既有部分值偏大，也有部分值偏小。由此可見ROMS模型在海樣底部模擬效果最好，F(xiàn)VCOM模型次之，HYCOM模型最差。 海底溫度相關(guān)系數(shù)對(duì)比Fig Correlation Coefficient of Bottom Temperature分析完3種模型在海底的模擬效果，我們?cè)倏匆幌略谏蠈訁^(qū)的模擬效果，這里我們選取了0到25米區(qū)域作為另外一個(gè)觀測(cè)區(qū)域。，ROMS模型模擬的數(shù)據(jù)較差，模擬的溫度普遍偏高；，相關(guān)性不錯(cuò)，但也有一部分溫度偏高；，依然是最差的。，可以看出很大部分的相關(guān)性是很高的，反而是左上角的部分值偏離較大，這部分正是0到25米區(qū)域偏離較大的部分；，總體上不錯(cuò)，只有少部分值比觀測(cè)值高；，總體的相關(guān)性很差。 0至25米溫度相關(guān)系數(shù)對(duì)比Fig Correlation Coefficient of Temperature in 025m 全部溫度相關(guān)系數(shù)對(duì)比Fig Correlation Coefficient of Temperature in all為了分析這些誤差具體在那些深度。圖中藍(lán)色實(shí)線是在不同深度模型模擬的溫度與觀測(cè)的溫度的差值的平均值，實(shí)線兩側(cè)的不同深度的短線是相應(yīng)深度差值的標(biāo)準(zhǔn)差。： 1）ROMS模型的誤差值隨深度的增加而增加，最大誤差出現(xiàn)在深度為15米的區(qū)域，℃。之后誤差值隨深度的增加而逐漸縮小。其標(biāo)準(zhǔn)差也和誤差值的趨勢(shì)大體相似。由此得出ROMS模型在溫度躍遷層的模擬效果較差。 2）FVCOM模型的的誤差值在0到20米區(qū)域很小，之后隨深度的增加而增加，在深度為30米區(qū)域后逐漸穩(wěn)定，最大誤差值在3℃左右。FVCOM模型的標(biāo)準(zhǔn)差一直都不是很大，由此可見FVCOM模型在研究區(qū)域的預(yù)測(cè)值較接近觀測(cè)值。 3）HYCOM模型的誤差值差別較大，在0到20米區(qū)域，雖然差值的平均值不大，但是標(biāo)準(zhǔn)差很大，說明很多數(shù)據(jù)點(diǎn)的差值很大；之后溫度差值的平均值隨深度的增加而增加，標(biāo)準(zhǔn)差依然很大?？梢奌YCOM的預(yù)測(cè)值在各個(gè)區(qū)域的差別都較大。 差值及標(biāo)準(zhǔn)差分布圖Fig Distribution of Difference and Standard Deviation，圖中紅色部分是模型溫度值比觀測(cè)值高，藍(lán)色部分是模型溫度值比觀測(cè)溫度值低，這里只取了差值在10攝氏度以上的點(diǎn)。 差值10℃的分布區(qū)域Fig Distribution of Difference 10，而且絕大部分的誤差是模型溫度高于觀測(cè)溫度；FVCOM模型的誤差分布比較均勻而且較少，誤差也是模型溫度高于觀測(cè)溫度；而HYCOM模型的的差值分布較廣，其中在0到20米區(qū)域，其誤差是模型溫度低于觀測(cè)溫度，在20到40米區(qū)域，其誤差是模型溫度高于觀測(cè)溫度，而且數(shù)量較多。由以上分析，我們主要得出以下結(jié)論： 1）ROMS模型在上層區(qū)和海洋底部的模擬數(shù)據(jù)較好，而在躍遷層的模擬數(shù)據(jù)不好，出現(xiàn)了較大的誤差。2）FVCOM模型在總體上模擬效果還好，誤差較集中，沒有出現(xiàn)明顯有誤差的區(qū)域。 3）HYCOM模型在總體上的模擬效果都不夠理想，在不同區(qū)域都出現(xiàn)了較大的誤差。，一直向東南方向截取的3種模型的海洋橫切面溫度圖，從左往右依次是ROMS模型、FVCOM模型、HYCOM模型，深度在0到200米之間。其中ROMS模型模擬的海洋溫度的高溫層隨海洋深度的增加而增加，模擬的溫度躍遷層很窄，模擬的低溫層也在超過25米深度后出現(xiàn)而且深度變化不大。而FVCOM模型則沒有這一特點(diǎn)，F(xiàn)VCOM模型模擬的海洋溫度是隨海洋深度變化而變化的，沒有出現(xiàn)溫度躍遷層。HYCOM模型在這一層次的模擬效果不好。 3種模型橫切面溫度圖Fig Transverse Section Temperature of 3 Models 本章小結(jié)本章主要分為三個(gè)部分，主要是通過對(duì)實(shí)際監(jiān)測(cè)的海洋溫度數(shù)據(jù)和三種海洋模型模擬的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析。1）第一部分是針對(duì)由海龜承載的SDRL傳感器收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，了解到這些觀測(cè)數(shù)據(jù)所處的空間、時(shí)間分布以及海龜采集數(shù)據(jù)時(shí)的特性。實(shí)際監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)主要在夏秋兩季采集，因?yàn)檫@兩季是美國(guó)東海岸天氣變化比較頻繁的時(shí)期，比較有利于研究海洋溫度的變化中出現(xiàn)的各種狀況。海龜分布比較均勻，在極端天氣狀況下監(jiān)測(cè)獲得的數(shù)據(jù)也比較理想，由此得出的結(jié)論是由海龜承載的SDRL傳感器采集的數(shù)據(jù)有助于長(zhǎng)時(shí)間研究一定感興趣區(qū)域的海洋狀態(tài)。2）第二部分是模型數(shù)據(jù)和實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比。首先對(duì)比分析了ROMS模型與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析出了ROMS模型的缺點(diǎn)。這一部分主要得出以下結(jié)論：ROMS模型對(duì)所選區(qū)域的模擬效果總體很好，然而在某些海洋垂直分層結(jié)構(gòu)的模擬上，出現(xiàn)了一定區(qū)域的模擬溫度高于實(shí)際觀測(cè)溫度，特別在溫度躍遷層上，ROMS模型對(duì)于這一區(qū)域的模擬效果特別不好，由于海洋溫度在這一區(qū)域變化迅速，ROMS模型的模擬數(shù)據(jù)出現(xiàn)了很多大誤差。在一些水流比較狹窄的區(qū)域比如河流入?？谔貏e是切薩皮克灣區(qū)域，ROMS模型的模擬效果出現(xiàn)了相對(duì)較大的浮動(dòng)。3）第三部分是加入了FVCOM模型和HYCOM模型與之對(duì)比，進(jìn)行了相關(guān)系數(shù)對(duì)比，誤差在海洋垂直分層結(jié)構(gòu)上的分布對(duì)比等分析處理方式。FVCOM海洋模型的誤差分布比較均勻而且較小，而HYCOM海洋模型在這一區(qū)域的模擬效果較差，不能很好地預(yù)測(cè)這一區(qū)域的實(shí)際海洋狀況。可見區(qū)域海洋模型要優(yōu)于全球海洋模型。山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 結(jié)論與展望從第三章的分析中，我們知道了ROMS海洋模型在溫度躍遷層出現(xiàn)的誤差較大。除此之外，在海洋垂直結(jié)構(gòu)的上層區(qū)和深層區(qū)模型模擬的效果較好，但其模型溫度仍稍高于實(shí)際的海洋溫度。而FVCOM海洋模型出現(xiàn)的誤差較小，HYCOM海洋模型出現(xiàn)的誤差較大，而且是全球海洋模型，故本章只對(duì)ROMS模型和FVCOM模型提出優(yōu)化。1.2.3.4. ROMS海洋模型優(yōu)化 模型版本的更新自2009年10月至今，ROMS ESPRESSO不斷在對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，模型不斷更新，新的版本不斷出現(xiàn)，其中最重要的一次更新是2013年5月的版本二。該版本主要更新有：1）新的邊界條件。2）新的平均動(dòng)態(tài)地形。3）更新了4VDAR方法。 4）使用了新的4DVAR求解器。 特定區(qū)域引入系數(shù)法先將整個(gè)ROMS模型覆蓋的區(qū)域分成13*9的區(qū)域網(wǎng)格，對(duì)誤差明顯的南部區(qū)域，比如切薩皮克灣引入系數(shù)法。先將所有觀測(cè)年份的數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)模型數(shù)據(jù)每小時(shí)數(shù)據(jù)求日平均值，之后求月平均值，再計(jì)算各月間觀測(cè)數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)差值的平均值，最后將差值的平均值引入該區(qū)域的模型中，來優(yōu)化模型數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)優(yōu)化前后對(duì)比優(yōu)化方法是使用了最新的邊界條件及最新的地形數(shù)據(jù)后ROMS海洋模型模擬的海洋溫度數(shù)據(jù)，以2013年5月8號(hào)為界，2013年5月8號(hào)之前為優(yōu)化前的數(shù)據(jù)，2013年5月8號(hào)之后的數(shù)據(jù)為優(yōu)化后的數(shù)據(jù)，對(duì)比分析優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)。先將實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分為兩類，即2013年5月18日以前和2013年5月18日以后的數(shù)據(jù)，再對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)使用ROMS海洋模型進(jìn)行模擬，計(jì)算2類數(shù)據(jù)的差值，最后以單個(gè)海龜為單位，計(jì)算其平均誤差。從數(shù)據(jù)中隨機(jī)抽取10個(gè)例子，列表如下： 優(yōu)化前和后觀測(cè)溫度減去模型溫度的平均差值Table Mean Difference between Observation Temperature Model Temperature Before and After Optimization序號(hào)優(yōu)化前差值優(yōu)化后差值129410110712090725120729108424125216113517097719130717118526，優(yōu)化后，提高了64%，可以看出誤差明顯變小。而總體優(yōu)化后提高了60%，可見優(yōu)化后有明顯的提升。通過運(yùn)用優(yōu)化后的邊界條件，調(diào)整好地形后，優(yōu)化后的海洋模型在對(duì)海洋溫度的模擬效果上有了明顯改善，其誤差減少了60%。由于沒有06年的溫度數(shù)據(jù)，所有沒有辦法對(duì)同一個(gè)數(shù)據(jù)在模型優(yōu)化前后的對(duì)比。 FVCOM海洋模型優(yōu)化到目前為止，F(xiàn)VCOM模型一共經(jīng)理了3代：第一代FVCOM海洋模型主要用來快速計(jì)算的，在河口地區(qū)及平緩的海洋區(qū)域應(yīng)用較廣，水平網(wǎng)格的分辨率從1km到15km不等，設(shè)定的海平面最深處為300m。第二代FVCOM海洋模型在第一代的基礎(chǔ)上，提高了水平網(wǎng)格的分辨