波浪和线性磨擦项修正的非定常Ekamn方程的数值解

发布时间：2020-08-08 22:11

【摘要】：本文采用波浪和线性摩擦项修正的非定常Ekman方程,用有限差分方法将其离散,在此基础上,研究了 Stokes漂流、线性摩擦、垂向涡粘系数以及非定常风等因素对Ekman流的影响。首先讨论了 Ekman流对风应力项、Stokes漂流项、线性摩擦项以及垂向涡粘系数项的敏感度。在局部敏感性分析方法中,选取一次一个变量法做敏感性计算,结果表明在U10=5s和U10=5m/s情况下,Ekman流对各因素敏感度的大小排序依次为风应力项、垂向涡粘系数项、Stokes漂流项、线性摩擦项,但在U10=15m/s、U10=20m/s及U10=25m/s的情况下,线性摩擦项的敏感度大于Stokes漂流项的敏感度。在全局性敏感性分析方法中,选取Morris筛选分析法进行敏感性计算,结果表明在同一风速下,Ekman流对各因素的敏感度大小排序依次为线性摩擦项、垂向涡粘系数项、风应力项、Stokes漂流项。此外,从各因素之间相互作用的计算结果来看,线性摩擦项与其他因素之间的相互作用最强,其次为垂向涡粘系数,再其次为风应力,而与其他因素之间的相互作用最小的是Stokes漂流。无论是一次一个变量法还是Morris筛选分析法,其敏感性分析的结果都表明线性摩擦项在Ekamn模型中的作用不可小觑,应该在Ekman模型中考虑线性摩擦项的影响。然后在敏感性分析的基础上进行理想实验,研究了三种不同的Stokes漂流公式对Ekman流的影响,并且讨论了 KPP和MY2.5形式的垂向涡粘系数对Ekman流的影响。结果表明由单波公式、e指数公式以及Phillips谱公式计算出的Ekman流的流速差别不明显,表明这三种Stokes漂流近似公式的选取对Ekman流的影响不大。此外,在风速、Stokes漂流公式以及线性摩擦项相同的情况下,MY2.5形式下的垂向涡粘系数计算出来的Ekman流的流速要大于垂向涡粘系数为KPP形式时计算出的Ekman流的流速。由此可以说明垂向涡粘系数公式的选取对Ekman流的计算相当重要。最后在敏感性分析和理想实验的基础上,开展实测数据检验。选用KPP形式的垂向涡粘系数和一维海浪谱积分公式讨论了 Stokes漂流和线性摩擦项对非定常Ekman流的影响。结果表明:在低风速下,Stokes漂流对Ekman流的影响最大(27.4%),中低风速次之(7.5%),中高风速最小(4.2%)。此外,在中高和中低风速下,当λ=r/fcor=0.5(线性摩擦项和科氏力的比值)时,线性摩擦项对Ekman流的影响便已经超过Stokes漂流的影响,而在低风速情况下,当λ=1时,线性摩擦项对Ekman流的影响才超过Stokes漂流对Ekman流的影响。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P731.2
【图文】：

垂向,垂向涡粘系数,参数,参数化

垂向涡粘系数可以反映海洋内部垂向混合的强度，是上层海洋内部混合相当逡逑重要的指标。研究者在垂向涡粘系数的参数化上做了许多的工作，直至现在，垂逡逑向涡粘系数参数方案的优化还是一个热点性的研究问题，图１．３为垂向涡粘系数逡逑的参数化分类。经典的Ｅｋｍａｎ漂流理论假设垂向涡粘系数为一个与十米处风速的逡逑８逡逑

敏感度,风速,因素,风应力

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敏感度,风速,风应力,粘性系数

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【参考文献】