海洋非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格流場多尺度表達(dá)研究.pdf

1、海流是重要的海洋物理現(xiàn)象，對海洋中多種物理過程、化學(xué)過程、生物過程、地質(zhì)過程，以及海洋上空氣候和天氣的形成，具有重要影響和制約作用。在海洋流場模擬方面，非結(jié)構(gòu)有限體積近岸海洋模型(FVCOM)綜合了有限元和有限差分的優(yōu)點(diǎn)，既可以像有限元一樣精確擬合淺海復(fù)雜岸界，又便于離散差分原始動力學(xué)方程組，計算效率高。FVCOM非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)據(jù)量大，用原始數(shù)據(jù)進(jìn)行流場表達(dá)，不僅需要非常高的計算機(jī)性能，而且存在要素相互壓蓋的問題，不利于海洋要素特征提取。

2、為了解決FVCOM網(wǎng)格流場數(shù)據(jù)表達(dá)中存在的問題，需要進(jìn)行海洋非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格流場多尺度表達(dá)的研究。
　　傳統(tǒng)的多尺度表達(dá)多集中在陸地地形或者三維模型上面，并沒有專門針對海洋非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格流場的多尺度表達(dá)方法。本文中通過借鑒陸地地形和三維模型多層次構(gòu)建方法，提出了基于四叉樹的海洋非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格流場多尺度表達(dá)方法和基于鄰近點(diǎn)刪除的海洋非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格流場多尺度表達(dá)方法，并對兩種方法進(jìn)行了可用性評價。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)非結(jié)構(gòu)有限體積近岸海

3、洋模型:介紹了非結(jié)構(gòu)有限體積近岸海洋模型使用的有限體積法、控制方程、區(qū)域劃分方法，并對該模型的標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出格式NetCDF文件的數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)特點(diǎn)進(jìn)行了分析。
　　(2)基于四叉樹的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格流場多尺度表達(dá):利用四叉樹構(gòu)建海洋非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格流場多尺度表達(dá)層次結(jié)構(gòu)，各層次結(jié)構(gòu)不同程度的保留了原始網(wǎng)格流場的空間分布特征。多層次結(jié)構(gòu)構(gòu)建過程包括四叉樹劃分和散點(diǎn)三角化兩個過程，過程中的關(guān)鍵步驟有四又樹分割、獲得數(shù)據(jù)角點(diǎn)、提取網(wǎng)格邊界

4、以及剔除多余三角形。
　　(3)基于鄰近點(diǎn)刪除的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格流場多尺度表達(dá):針對基于四叉樹的流場多尺度表達(dá)中不能保持流場網(wǎng)格疏密分布特征以及FVCOM網(wǎng)格特征的問題，本文基于空間自相關(guān)原理，提出了基于鄰近點(diǎn)刪除算法的海洋非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格流場多尺度表達(dá)方法。利用鄰近點(diǎn)刪除算法構(gòu)建的多層次結(jié)構(gòu)，既可以保持原始網(wǎng)格疏密分布特征，又可以較好的維持FVCOM三角網(wǎng)格形態(tài)。
　　(4)可用性評價:采用問卷調(diào)查法對不同多尺度表達(dá)構(gòu)建方法進(jìn)行可用性