随着城市化进程的快速发展,太湖水环境日益恶化,污染物含量居高不下。悬浮物是太湖水环境的主要影响因素之一,可作为水体污染物的作用载体,对悬浮物的生成机制及其动态演化过程的机理研究一直是相关学科的研究热点。当前悬浮物的研究方法中,动力学模型模拟可以有效地描述悬浮物的时空动态演化过程。然而由于长时间序列模拟中水环境参数众多且变化机制复杂,动力学模型往往采用简化算法加以概化,模拟结果精度仍有待提高。而日益完善的太湖水质监测网络可实时获取到高频次的浮标监测数据,为设计太湖悬浮物数据同化方法提供了数据基础。在已有的数据同化方法中,集合卡尔曼滤波(EnKF)避免了模式伴随的冗杂计算,得到了广泛应用。EnKF同化方法使用蒙特卡罗方法生成初始扰动场,其误差增长率过低且动力学意义不明确,成为了同化模拟的瓶颈问题,对同化模拟的质量起到制约作用;集合变换卡尔曼(ETKF)作为初始扰动方法可引入变换矩阵调整集合扰动,能够减小初始扰动对数值同化模拟结果的影响,因此成为近年来热门的初始扰动方法之一。综上所述,本研究以太湖总悬浮物为研究对象,研究设计了太湖水体悬浮物同化模拟初始扰动场生成方法,构建了基于集合卡尔曼滤波的太湖悬浮物同化耦合模拟模型,并结合高频次的浮标监测数据,开展基于不同初始扰动方法的太湖悬浮物模拟案例对比分析。本文的主要研究内容和成果如下:(1)太湖水体悬浮物同化模拟初始扰动场生成方法针对集合卡尔曼滤波使用蒙特卡罗方法生成初始扰动场时误差增长率过低等问题,以太湖水体悬浮物浓度分布与演化过程为研究对象,基于ETKF初始扰动方法,引入扰动扩大因子概念,构建变换矩阵,研究太湖水体悬浮物同化模拟初始扰动场生成方法,为同化耦合模型模拟分析提供理论基础。(2)太湖悬浮物同化耦合模型模拟机制研究本研究设计了太湖悬浮物同化耦合模型模拟的数据组织方案与实现流程,研究了参数率定机制与模型驱动耦合方法,并实现了水动力悬浮物模型与基于ETKF初始扰动方法的集合卡尔曼同化耦合模拟方案,可再现太湖悬浮物的动态演化过程,为太湖水环境治理提供决策思路。(3)太湖悬浮物同化模拟案例分析使用本研究构建的同化耦合模拟模型,应用浮标监测数据,基于集合卡尔曼同化方法与三维悬浮物水动力模型,开展了太湖悬浮物同化耦合模拟案例研究,并以集合卡尔曼同化模型模拟为核心,实现了基于动态增长模繁殖法初始扰动方法与ETKF初始扰动方法的同化模拟对比案例分析。结果表明,三种同化模拟方法都在不同程度上改善了 FVCOM悬浮物模型模拟效果,其中基于ETKF初始扰动方法的同化模拟结果精度最优。