基于FVCOM的琼州海峡潮汐潮流数值模拟与研究

发布时间：2017-07-04 02:06

  本文关键词：基于FVCOM的琼州海峡潮汐潮流数值模拟与研究

  更多相关文章： 琼州海峡 潮汐 潮流 余流

【摘要】：通过建立高精度的不规则三角形网格和有限体积方法的FVCOM模型,对包括琼州海峡和北部湾的海区进行模拟,对琼州海峡及其邻近海区的潮汐潮流特征进行了较为深入的了解。对比收集到的验潮站调和常数资料、前人绘制的同潮图以及涨落潮流场,可以认为模式结果是可信的。对该模型的计算结果进行分析,可以得出以下结论：(1)由同潮图可知,琼州海峡内的潮波由海峡两侧不同的潮波系统传入,其中海峡西侧主要是半日潮波,东侧主要为全日潮波。(2)在琼州海峡,西口的潮汐类型为正规全日潮,东口为不正规半日潮,海峡中部为不正规全日潮。海峡内基本上是正规全日潮流和不正规全日潮流。(3)潮流椭圆可以较为直观的展现潮流的变化特征,琼州海峡内的半日潮流和全日潮流均为东西向的往复流,全日分潮流速比半日分潮的大。在海峡东、西口旋转率较大,流动具有旋转流特征。(4)对表层流场进行720 h(30d)的平均,得到琼州海峡的表层欧拉潮汐余流场。海峡内含有多个涡旋式流动,与其锯齿状地形有很大关系。在岸线剧烈弯曲的地方,会存在潮汐岬角峰,能将近岸处的物质带离,对海湾内的水交换有很大作用。海峡内的余流整体是向西流的,造成的水体通量约为0.031,*106m3/s,最大流速位于海峡北部,南部次之,中部最小,这可能是因为海峡内存在较多的涡旋式流动。海峡内全日分潮引起的余流明显要比M2分潮的大,K1、O1和M2三个分潮余流的叠加,得到的流场与原始实验的余流场在形态和量级上相似,说明海峡内潮流间的相互作用并不明显。(5)选择海峡内的一条断面,对模式的动量方程各个项进行分析。沿海峡方向,正压梯度力项和水平对流项起主要作用,垂向对流项作用也较为明显,科氏力项和垂向扩散项较弱。跨海峡方向,也主要是正压梯度力项和水平对流项平衡。由于海峡内部主要为西向流,科氏力项由南向北贡献增大,垂向扩散项和垂向对流项贡献不明显。琼州海峡的西向余流是由考虑水平对流项、海表面正压梯度力项和科氏力项的非线性效引起的。沿海峡和跨海峡两个方向的动量方程各项分布均与该断面处的水深对应,可知海峡内的西向余流是潮流与地形相互作用引起的非线性效应产生的。(6)讨论了在关闭海峡东、西两侧出口时,计算区域的潮汐、潮余流的变化特征。关闭海峡东口后,由西口传入海峡的潮波中,半日分潮潮波占优,由此引起的余流为速度较小的东向流。关闭海峡西口,由东口传入海峡的南海外海潮波中,全日分潮潮波占优,其引起的余流形态与原始实验相似,但强度较弱。关闭海峡东、西口时,各分潮在北部湾内均出现了完整的潮波系统。琼州海峡复杂的地形使其成为南海北部的高耗散区,因此关闭海峡后,湾内的能量损失减小,湾内能量的增大使得无潮点移至海水中。全日分潮在北部湾东北部的振幅(迟角)均减小(增大),是因为无潮点的北移,和关闭海峡使得南海外海潮波不能经由琼州海峡传入北部湾所致,说明海峡对北部湾的潮波系统有显著影响。半日分潮主要是从海峡西口进入海峡,而全日分潮则是从东口传入。又因为北部湾是全日潮海区,海峡以东是不规则半日潮海区,因此关闭海峡东口对这两个海区影响不大,但是对于琼州海峡里的潮汐潮流就有很大影响。
【关键词】：琼州海峡 潮汐 潮流 余流
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P731.23
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 引言11-15
• 1.1 研究意义11-12
• 1.2 研究现状12-15
• 2 海洋数值模式FVCOM简介15-22
• 2.1 模式特点15-16
• 2.2 模型控制方程16-20
• 2.2.1 笛卡儿坐标系下的原始方程16-17
• 2.2.2 σ坐标系下的控制方程17-20
• 2.3 二维垂向平均方程20-21
• 2.4、三角形网格21-22
• 3 模型设置与验证22-31
• 3.1 计算区域及网格22-24
• 3.2 岸线与地形24-25
• 3.3 模式边界条件和初始条件25-26
• 3.4 模式验证26-31
• 3.4.1 验潮站调和常数验证26-29
• 3.4.2 潮流验证29-31
• 4 结果分析31-57
• 4.1 潮波系统分析31-34
• 4.2 潮汐类型34-35
• 4.3 潮流类型35-36
• 4.4 潮流椭圆36-40
• 4.5 余流40-43
• 4.6 动量方程分析43-46
• 4.7 海峡对两侧海域潮波系统的影响46-57
• 4.7.1 关闭海峡东口的实验47-51
• 4.7.2 关闭海峡西口的实验51-55
• 4.7.3 余流分析55-56
• 4.7.4 小结56-57
• 5 总结与展望57-60
• 5.1 总结57-59
• 5.2 展望59-60
• 参考文献60-63
• 致谢63
• 个人简历63
• 发表的学术论文63

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