BZ19—4海底混输管网优化算法探讨

以海洋油气开发工程为实例，利用HYSYS和PIPEFLOW软件，分析了影响海底混输管网计算的若干因素，指出了HYSYS和PIPEFLOW的适用条件，最终确立了海底混输管网优化算法，提高计算效率。     

印度尼西亚海域潮波的数值研究

基于ROMS模式构建了模拟区域为(15.52°S-7.13°N,110.39°~134.15°E)水平分辨率为2′的潮波数值模式,分别模拟了印尼海域M2、S2、K1、O1四个主要分潮。模拟结果与29个卫星高度计交叠点上的调和常数进行比较,符合较好。M2分潮的振幅均方根差为3.4cm,迟角均方根差为5.9°;S2分潮的振幅均方根差为1.7cm,迟角均方根差为6.3°;K1分潮振幅均方根差为1.1cm,迟角均方根差为5.8°;O1分潮振幅均方根差为1.2cm,迟角均方根差为4.4°。M2、S2、K1、O1分潮向量均方根差分别为3.8cm、2.4cm、1.9cm和1.3cm,模拟结果的相对偏差在10%左右。根据计算结果分析了印尼海域的潮汐特征及潮能传播规律,结果显示:爪哇海以外的印尼海域主要为不规则半日潮区;全日潮潮能主要由太平洋传入印尼海域,而半日潮潮能则是从印度洋传入印尼海域。     

Nudging 同化方案改进及其在西北太平洋海域M2分潮模拟中的应用

基于POM模式,以西北太平洋海域为试验海区,针对Nudging松弛项的差分方案及Nudging松弛系数进行了数值试验。结果表明,通过引入Nudging松弛项的潮波模拟结果明显优于未加Nudging松弛项的模拟结果;在松弛系数取值相等情况下,Nudging松弛项采用隐式差分方案的结果要优于采用显式差分方案的结果;Nudging松弛项差分方案不论是显式还是隐式,模拟结果的偏差都随着松弛系数的增加而逐渐减小,当松弛系数增加到最优值后,模拟结果的偏差将随着松弛系数的增加而加大;Nudging松弛项差分方案为显式时,松弛系数太大将导致模式溢出;而Nudging松弛项差分方案为隐式时,能够有效增大松弛系数的阈值。文中还给出了最优Nudging同化方案下西北太平洋海域M2分潮的同潮图。     

考虑内潮耗散的南海M_2分潮伴随同化数值模拟

建立南海潮波模式及其伴随同化模式,在传统二维潮波方程的基础上加入了内潮耗散项,考虑了内潮耗散对南海潮波系统的影响,在前人工作基础上,改进了内潮耗散参数化方案,并给出内潮耗散项中地形效应参数的计算公式;通过对比,本文的参数化方案比前人参数化方案能取得更为合理的模拟结果。以63个验潮站和24个TOPEX/Poseidon卫星高度计轨道交叉点处的调和常数作为观测值,利用伴随同化方法来优化模式中的底摩擦系数和内潮耗散系数。为了寻求最优的优化方案,设计了7组数值实验。实验结果表明,实验7先优化内潮耗散系数再优化底摩擦系数的模拟结果最优。利用实验7的模拟结果分析了南海M2分潮的潮波特征,与前人结果基本一致。     

北印度洋半日潮波的数值模拟研究

基于FVCOM(Finite Volume Coast and Ocean Model)模型,建立北印度洋海域(31^°~102^°E,16^°S~31^°N)的M₂和S₂分潮潮波数值模式,研究北印度洋半日潮潮汐、潮流分布特征。对底摩擦系数进行数值试验,利用代价函数梯度下降法,得到分潮调和常数向量均方根偏差(RMSE)的变化曲线,逼近并确定最优的底摩擦系数。将采用该系数的模拟结果与TOPEX/Poseidon卫星高度计交叉点的调和常数数据、国际海道测量组织(IHO)及部分文献中的验潮站数据进行比较与验证,一致性较好。其中对比卫星数据的振幅偏差为2~4 cm、迟角偏差为7^°~8^°,与验潮站数据的振幅偏差为3~6 cm、迟角偏差为8^°~9^°。根据模拟结果,分析了北印度洋海域M₂和S₂分潮潮波传播特征和潮流椭圆的空间分布特征等。M₂分潮潮波在阿拉伯海南部有1个无潮点,在波斯湾内有2个无潮点,最大振幅超过80 cm;潮流在西北印度洋和孟加拉湾中部大多为顺时针旋转,其余海域大多为逆时针旋转;流速在阿拉伯海东北部、安达曼海、波斯湾和孟加拉湾北部较大,最大流速为160 cm/s,其他海域较小。S₂分潮的潮波传播特征、无潮点的位置和潮流椭圆的空间分布特征等都与M₂分潮类似,但潮波振幅和潮流流速等都相对M₂分潮较小。研究完善了北印度洋海域2个主要半日分潮M₂和S₂的整体特征。     

海南岛东南近岸海浪观测及统计特征

根据2012-2013年海南岛东南近岸整年海浪观测资料,初步分析了观测海域的海浪季节变化和统计特征。观测结果表明,观测海域年平均有效波高为1.28m,常浪向为东向(E),平均跨零周期为5.1s。观测海域波浪存在显著季节变化特征,主要表现为冬季型和夏季型两种波浪类型。对比观测期间影响观测海域的台风,发现从观测海域南部经过的台风"山神"对观测海域的影响远大于从北部经过的台风"启德"。台风"山神"使观测海域的波高和周期同步迅速升高到最大值5.77m和7.8s,但波向滞后约12h从东向(E)转为偏南向(SSE)。受该台风影响,各频率和各方向上的能量都迅速增加,谱峰值由高频向低频转换,方向谱由单峰结构向双峰结构转换,即台风导致了观测海域一支偏南向(SSE)浪的出现。     

全球垂向位移负荷潮模式在渤海、黄海、东海及周边区域的准确度评估

本研究利用渤海、黄海、东海及周边区域21个GPS站的调和常数资料,对5个全球垂向位移负荷潮模式（FES2014、EOT11a、GOT4.10c、GOT4.8和NAO.99b）在渤海、黄海、东海及周边区域的准确度进行了评估。结果表明,在渤海、黄海、东海及周边区域,对于M₂分潮,FES2014和EOT11a模式结果准确度相对较高;对于S₂分潮,NAO.99b和EOT11a模式结果准确度相对较高;对于K₁分潮,EOT11a和FES2014模式结果准确度相对较高;对于O₁分潮,EOT11a和GOT4.8模式结果准确度相对较高;对于N₂分潮,EOT11a和FES2014模式结果准确度相对较高;对于K₂分潮,NAO.99b和FES2014模式结果准确度相对较高;对于P₁分潮,EOT11a和GOT4.8模式结果准确度相对较高;对于Q₁分潮,FES2014和EOT11a模式结果准确度相对较高。除此之外,本文还简单分析了渤海、黄海、东海及周边区域8个主要分潮的垂向位移负荷潮分布特征。     

全球大洋潮汐模式在南海的准确度评估

采用南海海域60个验潮站和22个TOPEX/Poseidon卫星高度计轨道交叉点的调和常数资料,对比了TPXO7.2、GOT00.2、NAO.99b和DTU10四种全球大洋潮汐模式M2、S2、K1、O1四个主要分潮调和常数在南海的准确度。为了准确评估这四种大洋潮汐模式在南海不同区域的准确度,本研究将南海分成了8个区分别进行了对比。结果表明,南海北部和东部区域,4个分潮都是DTU10准确度最高;南部区域,M2和O1分潮GOT00.2的偏差最小,S2和K1分潮DTU10的偏差最小。总体而言,在进行南海潮汐数值模拟选择开边界条件时,建议以DTU10模式为主,并利用GOT00.2模式作适当调整。还简单分析了南海M2、S2、K1、O1四个主要分潮的潮汐分布特征。     

黄河口及其邻近海域水深和岸线变化对M2分潮影响的数值研究

黄河口及其邻近海域水深和岸线的演化显著地影响着该海区的潮波系统。本研究收集到了1972年及2002年水深及岸线数据。在此基础上,基于ROMS模式建立了渤海海域潮波数值模式,模式采用正交曲线坐标,在黄河口及其邻近海域水平分辨率优于500m,其它海域水平分辨率优于2km。模式首先模拟了2002年M2分潮潮波状况,并利用实测资料进行了检验,在此基础上进一步模拟了1972年M2分潮潮波状况。对比分析表明1972—2002年黄河口外M2分潮无潮点向东北方向迁移约30km;期间莱州湾西侧M2分潮振幅明显增强;莱州湾M2分潮迟角呈现由前进波向退化的旋转潮波系统转变的趋势。     

伴随同化方法在中国近海海洋数值模拟中的应用

简述了几种常用的资料同化方法,并较为详细地阐述了伴随同化方法的基本原理。基于其在潮汐模式中、在海水温度场中和在海洋生态模型中的应用等三方面综述了伴随方法在中国近海海洋数值模拟中的应用研究现状和进展。并对伴随方法的应用前景进行了初步的评述,指出该方法可对海洋观测方案的优化发挥重要作用,其在生态学流动力学模式中的应用亦应得到充分重视。