基于FVCOM的黄渤海潮汐潮流的数值模拟

发布时间：2019-10-02 11:21

【摘要】：潮波运动是海水的基本运动,潮汐和潮流是潮波运动的基本形式,是研究海洋其他过程和运动的基础,直接影响着许多物理海洋学问题的研究。对于人类活动频繁的近海,潮波运动占据主导部分。因此,潮波的研究对物理海洋学的发展和国民生产有重要的意义。本文基于FVCOM海洋数值模式模拟了黄渤海的水动力场。在球坐标系下,采用可变分辨率的非结构网格,同时考虑底摩擦、垂向混合、非线性等作用的影响,建立了黄渤海的水动力模型。研究区域包括渤海和北纬36.15度以北的黄海。模型网格从开边界处的5km到近岸1km均匀变化,垂向上分为5个σ层,边界强迫使用ChinaTide预报的潮位,采用空间变化的底拖曳力系数来描述底摩阻。模型模拟结果同37个潮位站的实测调和常数进行对比,得出M2、S2、K1、O1分潮振幅的绝均差分别为5.0cm、4.9cm、3.0cm、2.0cm,迟角的绝均差分别为9.9°、10.8°、22.5°、5.2°,振幅相关性的可决系数(R2)分别为0.99187、0.97359、0.91304、0.86013,迟角相关性的可决系数分别为0.9938、0.98592、0.99781、0.99619。使用四个不同时段的实测海流资料对潮流进行验证,验证之后发现计算结果与实测结果吻合良好,可以作为后续相关模型研究的基础。依据准调和分析得到的结果,绘制了计算区域的潮汐潮流同潮图、潮流椭圆图、欧拉余流图、潮汐潮流性质分布图。通过分析可以知道,研究海区的潮汐主要以半日潮汐为主,全日潮汐分布在秦皇岛外海、海州湾外海和老黄河口近海;潮流主要以半日潮流为主,全日潮流分布在渤海海峡东南部,近岸表现为往复流,外海表现为旋转流。表层潮致欧拉余流最大能达到20cm/s以上,主要出现在獐子岛附近岛群、老铁山水道、辽东湾、天津港和朝鲜半岛西部海域,外海欧拉余流强度不大,仅有2~3cm/s,中层和底层与表层类似。计算区域共有3个半日潮汐无潮点和1个全日潮汐无潮点;4个半日潮流圆流点和4个全日潮流圆流点。通过比较,本文得出的无潮点和圆流点位置和前人研究成果预测的位置基本一致。根据本文结论,可以对黄渤海的潮汐潮流特性有更全面的认识。
【图文】：

三角形网格,变量,位置,模型

合边界条件边界即陆地边界去法向速度和通量为 0，即0; 0; 0nT Svn n (2.40)值离散式网格设计在水平方向上采用相互不重叠的非结构三角形网格，其中每一个三角形的个中心点、3 条边和 3 个节点。定义 N 和 M 分别为水平计算域内三角形网角形节点数，三角形中心点的位置可表示为：[ X (i ), Y (i )], i 1:N（2.41）置为：[ ( ), ( )], 1:n nX j Y j j M（2.42）精确地计算水面起伏、流速和温度、盐度通量，模型将变量u和v放在三角而、H 、D、放在三角形的顶点上，如图 2-2所示。

垂向坐标,中变,位置,模型

图 2-3 模型中变量在垂向坐标系中的位置tion of the model variables in the vertical sigma coordinate方程为：( D) ( D)0u vx y 方程进行积分可得，''( D)]dxdynSvv Ddsy 角形中心点所围成切面的法向水平速度，'s 是绕正的四阶龙格库塔时间积分算法进行求解。具体) ( ) ]n n n n ny u D x v y u D
【学位授予单位】：大连海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P731.23

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