渤海三维潮流数值模拟

本模型以具有自由面的三维非线性Navier-Stokes方程为基本方程,经σ坐标变换得到模式方程。基于过程分裂法,将三维流动中的快过程与慢过程劈开,并对每部分选用适合其物理特性和数值行为的计算格式,然后耦联求解。 应用本模型详细计算了渤海的三维潮运动。其中,潮波系统模拟获得理想的结果;采用十层模式计算了M_2潮流,以较高的分辨率揭示了潮流的空间结构特征。最后本文给出了三维潮流预报的应用实例。     

迎风有限元法在三维潮流数值模拟中的应用

为研究和开发迎风有限元法在河口海岸三维波数值模拟中的应用，并为建立三维物质扩散模型，最终为解决实际工程问题打下基础，以非线性浅水波方程为基础，采用一咱平面迎风有奶元与垂向工有限差分相结合地数值计算方法建立三维潮流数学模型，基地实际的物理过程，在计算中将三维流动分成外重力波和内重力波，耦联求解潮位和流速的空间分布。应用本模式计算了天津新港附近渤海海域的三维潮流运动，以较高的分辩率揭示了潮流空间结构特     

胶州湾三维变动边界的潮流数值模拟

基于Blumberg等（1986）的河口、陆架和海洋模式，引入变边界处理技术，建立了胶州湾三维变动边界的潮流模型，模型以σ-正交曲线坐标下三维非线性潮波方程为基本方程，引入2.5阶瑞封闭方程组，采用分裂算子法数值求解方程组，利用湍封闭方程求解垂直紊动粘滞系数，采用干湿网格方法模拟潮流漫滩过程，三维变动边界潮流模型计算结果与实测值吻合良好。     

海岸三维潮流数学模型的研究及应用

本模型以三维Navier－Stokes方程为基础,经σ-坐标变换得模式方程,然后选用特殊的插值函数,利用有限元和差分相结合的方法求解.所建模型可适应具有较为复杂岸线和海工建筑的海域潮流计算,可进行局部加密,同时能以较高分辨率揭示三维潮流的空间结构特征.本潮流模型具有省时、简便的特点.     

渤海湾湾顶三维潮流运动的一种数值模拟

本模型采用α－坐标变换，将具有自由面的三维非线性潮波微分方程转换为模型所采用的模式方程，动用三角风格有限差格式。对渤海湾顶典型潮进行三维数值模拟，以较高的分辨率揭示了该海域潮流的典型特征。计算结果与实际吻合良好。     

海岸河口三维潮流数学模型

本文采用有限元法建立了适用于海岸河口浅水地区的三维潮流数学模型，垂向采用绝对分层坐标系统，将整个水柱分成若干层，在每层内通过垂向积分平均，将三维问题简化为多个平面二维问题。在求解有限元方程中，引入集中质量矩阵技术，在时间上采用两步ＬａｘＷｅｎｄｒｏｆｆ格式，使有限元方程直接以显式解出，不需联立求解，节省了大量的计算时间和计算内存，通过模拟表面切应力作用在矩形水地上而引起的水流，计算结果与分析解比较一致，并将本模型应用到香港维多利亚水道中，计算结果与实测值亦符合较好，证明本模型是一个实用而有效的三维潮流数学模型。     

港湾三维水动力和污染物扩散数值模型

本文提出一种浅海三维污染物扩散数值模拟的方法。首先建立σ坐标系下的Navier-Stoker方程及物质扩散方程。基于过程分裂法将前者分解为外模式（二维方程组）及内模式（三维方程组）；并且引入窄缝法对变边界进行模拟，由此建立三维σ坐标潮流模型；并找到σ坐标系下三维污染物扩散方程的差分方法，最后建立三维σ坐标污染物扩散模型。本模型已被应用于厦门海域，并对其2002年海水水质（CODCr值增量)进行了预测。应用结果表明，这种三维可变边界污染物扩散数值模型能够较好地对具有较大面积浅海滩涂的海区进行水质模拟和预测。     

北部湾三维潮流数值模拟

模型以经Sigma坐标变换后具有自由表面的三维非线性Navier-Stokes方程为基本方程,以分裂算子法剖分动量方程,用全隐差分格式求解连续方程得到自由表面,最后计算完整的速度场.此外,采用紊流封闭模型求解垂直方向紊动粘滞系数,准确获得了摩擦影响层的潮流结构.应用本模型计算了北部湾的潮波运动,重现了K₁、M₂分潮潮波系统并揭示了潮流的空间结构特征.     

ECOMSED模式在杭州湾海域流场模拟中的应用

针对杭州湾独特的喇叭型强潮河口湾的特点,基于Blumberg等(1996)的ECOMSED模式,引入动边界技术,建立杭州湾三维动边界的潮流模型.模型以正交曲线坐标下三维非线性水动力方程为基本方程,应用Mellor和Yamada的2.5阶湍流闭合模型计算紊动黏滞系数,嵌入Grant和Madsen的底边界层模型考虑波浪对底部应力的作用,采用干湿网格法模拟潮流漫滩过程;综合考虑径流,风应力,密度流和M₂,S₂,K₁,O₁四个主要分潮和M₄,S₄,MS₄三个浅水分潮的作用,从而提高杭州湾潮流模拟的精度.通过验潮站调和常数和多次海流连续观测资料的验证,表明该文建立的模型可以更好的用于杭州湾流场的预报模拟.     

潮流、风暴潮耦合模型推算珠江口海域极值流速

分别采用模式气压场及模式台风场计算气压分布及风速分布,采用地形拟合的sigma坐标水动力方程组及紊流方程建立了潮流、风暴潮耦合模型。三维水动力方程组通过分裂算子法与Casulli半隐式差分格式直接求解。在珠江口的极值流速计算中,先进行了南海北部的潮流、风暴潮耦合模拟,模拟水位与实测值符合较好。以六区域模拟结果为边界,采用嵌套网格方法,在珠江口进行了高分辨率的潮流、风暴潮耦合模拟。选用1968～1999年共65个影响工程区域的台风过程,计算出珠江口的海域年极值流速序列,分析了该海域多年一遇的极值流速分布。     

杭州湾开挖深水航道对潮流影响的数值研究

采用ｘ方向伸展坐标下的二,三维方程,建立了开避或增深深水航道前后的潮流场数值模模式。该模式在航道横向上网格变距,以保证航道横向上有一定量的网格覆盖。在计算中采用二,三维交替进行,既节省大量计算时间,又保证了计算的稳定性。     

风暴潮三维数值计算模式的研究及在渤海湾的应用

以实验室二维温带风暴潮数值模型为基础,综合考虑海洋潮波动力与风应力联合作用,建立温带风暴潮三维数值计算模型.模型从推导三维风暴潮基本控制方程出发,并应用交替方向隐格式(ADI)方法对方程进行离散求解.对于浅水动边界,模型采取局部深槽、缩小水域的活动边界处理方法.利用拟三维数值计算方法,并提出了非平面水深等分模式和平面等水深分布模式,应用这两种计算模式分别对渤海湾2009年5月8～10日发生的风暴潮过程进行了数值模拟.将风暴潮位计算结果和增水位计算结果与塘沽验潮站的实际观测数值进行对比验证,结果显示受风应力与潮波联合作用的风暴潮位和增水位与实测数据吻合良好;通过比较得到了平面等水深分布模式的计算成果要比非平面水深等分模式的计算成果更接近观测资料的结论,为风暴潮预报提供了理论依据.     

分步分层拟三维水流数学模型及其在廉州湾潮流计算中的应用

以Navier-Stokes方程为基础,经代数坐标变换导出模式方程,然后在该坐标系下将三维流场进行垂直分层,并在每一层内积分模式方程。在数值模拟求解方面,采用分步、特征差分近似与Galerkin集中质量有限元相结合的方法进行求解。在实际应用方面,对广西廉州湾潮流进行了三维模拟计算。     

基于MPI+OpenMP的三维声波方程正演模拟

针对三维声波方程数值模拟的大计算量和大内存消耗问题,研究并实现了基于MPI+OpenMP的三维声波方程数值模拟并行算法,在PC-Cluster的计算节点间采用基于MPI的按炮分任务的多进程并行模式,在计算节点内采用基于OpenMP的按空间分任务的多线程并行模式,以有效地利用计算和存储资源。3D-Overthrust模型的实验结果显示,基于MPI+OpenMP的三维声波方程数值模拟并行算法的计算效率与基于MPI的按炮分任务并行计算模式相当,但其内存消耗远远低于后者,其更适合于基于大模型或实际模型的三维模拟。     

长江河口盐淡水混合的数值模拟计算

建立了河口三维非线性斜压潮流盐度数学模型，数学模型中的水平压强梯度分为水位梯度的正压项和密度变化的斜压项，以反映河口盐淡水混合中的斜压现象。采用欧拉－拉格朗日法离散潮流运动方程中的对流项和盐度扩散方程，以提高计算稳定性和数值模拟精度，提出盐度边界条件，初始条件以及盐度场计算稳定标准的设置方法，针对长江河口水域的盐淡水混合情况进行模拟计算，结果反映了部分混合型河口盐度分布特征，表明所建立的河口三维非线性斜压潮流盐度数学模型能够较好地模拟长江河口盐淡水混合的时空分布。     

盐场高度分层下的三维斜压数值模拟

采用基于Backhaus的三维斜压模式计算珠江口水动力特性。改进了原模式的盐度差分格式和方程，采用二阶精度差分格式并引入了物理扩散项。改进后盐度差分方程较好地反映珠江口盐度成层现象。本文给出了两个点的水位数值模拟与实测值的对比，给出了包含8个口门珠江口的计算潮流场及盐场，讨论了盐度高度成层条件下珠江河口水动力特性。     

杭州湾的三维水流数值模拟

建立了一个基于σ变换和内外模式分裂技术三维水流数学模型，采用有限节点法（平面）和变步长差分法（σ向）对方程进行了离散；通过风生流和环岛水流两个理论模式对所建模型进行了校验，并将该模型应用到杭州湾的三维水流数值模拟中，效果良好，所建模型垂向分辨率高，简单实用，可应用于河口，海岸，湖泊等大范围水域的水流数值计算。     

涠洲岛附近海域溢油数值模拟

采用潮流控制方程和湍封闭方程构建完整的三维浅海潮波定解方程组,建立涠洲岛附近海域的三维潮流数值模型来计算涠洲岛附近海域的潮流和潮位变化情况,采用大海域计算得出的调和常数值作为开边界的输入值,从潮位验证、潮流验证和流场的变化规律等多方面情况看,计算结果与实际监测符合良好,具有较高的精确度,模拟计算结果较真实地反映了涠洲岛附近海域的潮位变化和潮流运动状况.在潮流模拟验证正确的情况下,建立溢油预测模型,采用欧拉-拉格朗日追踪方法,进行油膜中心轨迹的预测,并预测了油膜漂移的扩展面积、扫海面积和残留量随时间的变化值.     

ECOM模式在丁字湾的应用

应用河口、陆架和海洋模式 (ECOM模型 ) ,引入干湿网格法模拟潮滩涨落的改进 ,并建立丁字湾及近岸海域的三维变动边界潮流模型。该模型考虑了湾口拦门沙、湾内水道和人工围海等地形特点。计算结果与实测值比较符合良好 ,较好地刻画出丁字湾 M2 分潮潮流场的时空分布特点。     

太湖台风风暴流准三维数值模拟的应用

本文应用丁氏圆形台风模式，建立了太湖台风风暴流场的准三维数值模式，模型考虑了垂向涡粘系数沿水深变化和动量方程的修正，在对9711号（Winnie)台风影响下太湖各站水位验证的基础上，对太湖台风风暴流场进行了模拟计算。结果表明，该模式可对湖泊的台风风暴流进行复演和预测计算。从预测研究的角度看，基于台风模式的湖泊台风风暴流计算模式更有价值。