一個簡單海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)模型的伴隨同化應(yīng)用研究.pdf

1、本文將伴隨同化技術(shù)應(yīng)用于一個簡單的渤、黃海三維營養(yǎng)鹽一浮游植物一浮游動物一碎屑(NPZD)海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)模型，通過孿生實驗對生態(tài)模型參數(shù)的相關(guān)性問題進(jìn)行研究，并檢驗隨機(jī)誤差對伴隨同化反演模型參數(shù)效果的影響。 孿生實驗結(jié)果顯示，當(dāng)把模型中全部的生態(tài)參數(shù)作為控制變量同時反演時，雖然代價函數(shù)有所下降，但約半數(shù)的控制變量沒有得到有效的反演。對模型中的參數(shù)進(jìn)行敏感性分析之后，提出了一種判斷參數(shù)相關(guān)性的新方法。該方法通過比較代價函數(shù)對參

2、數(shù)的梯度表達(dá)式，根據(jù)梯度表達(dá)式中Lagrange乘子的線性組合項的不同對參數(shù)分組，可以直接定性的判斷出生態(tài)參數(shù)之間的相關(guān)性。新方法與傳統(tǒng)的敏感性實驗方法相比，二者的結(jié)果一致，但由于不需進(jìn)行繁瑣的敏感性實驗，因而更為簡單。根據(jù)敏感性分析的結(jié)果，模型參數(shù)被分為5組，從每組中選擇一個代價函數(shù)值最大的參數(shù)作為控制變量，將控制變量的個數(shù)從12個減少到5個。進(jìn)一步的孿生實驗表明，由于第2組(10℃時浮游動物最大捕食率、Ivlev捕食常數(shù)、浮游動物生

3、長溫度調(diào)節(jié)系數(shù))中的參數(shù)在反演過程中所對應(yīng)的梯度值比其它參數(shù)對應(yīng)的梯度值要至少小一個量級，導(dǎo)致了該組參數(shù)在一維搜索中無法獲得有效的步長，從而使該組參數(shù)反演結(jié)果不好。在從控制變量中排除了第2組中的參數(shù)之后，對余下的4個控制變量取得了較好的反演結(jié)果，反演值與真值之間的相對誤差小于1.0×10<'-2>。當(dāng)觀測中含有范圍為30％的隨機(jī)觀測誤差時，觀測誤差對控制變量的反演效果影響很小。在將隨機(jī)誤差范圍改為0-30％后，觀測誤差對控制變量的反演影