沿岸海域三维斜压场的数值模拟 Ⅱ、渤海湍流能量数值计算

研究建立渤海海域三维斜压场的湍流能量模型。对计算网格无法分辩的湍流运动，引入湍流能量求得垂向动量、质量及能量交换系统，从而形成封闭的湍流运动方程组。定量地计算了湍流能量、湍流速度及有风、无风状况下湍流能量的垂直分布等，探讨了湍流运动对潮波运动的影响。     

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－Ｓｒｏｋｅｓ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Ｍ２潮流，以较高的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。     

三维斜压台风模式Ⅰ.数值方法

一种多重移动套网格斜压台风模式已被应用于海洋环境数值预报.模式采用σ坐标系的原始方程组作为控制方程.现在用于国家海洋环境预报中心的模式垂直方向为非等距4层,水平方向为Arakawa B型格式,所采用的差分格式满足动量和能量守恒原理.模式控制方程组分离成平流过程和适应过程二组方程,并根据大气运动不同过程的特性,分别采用不同的时间步长和不同的积分方法.预报和后报结果显示该数值方法不仅可以缩短机时,而且可以得到稳定的预报结果.     

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。     

三维斜压模式对冬季南海环流的数值计算

用一个三维、自由表面、原始方程模式对南海环流进行了计算.计算结果表明:黑潮在巴士海峡以西呈一反气旋弯曲流动路径,有一相对高温高盐的水舌从巴士海峡伸入南海,表明有部分黑潮水侵入南海.冬季南海的一些观测事实在模式结果里得到了很好的反映,像冬季逆风向东北方向流动的“南海暖流”和一些中尺度涡旋.同时还分析了巴士海峡沿120.75°E断面的流速和盐度的垂直结构,并同观测结果进行了比较.根据模式结果,我们还进一步讨论了“南海暖流”的形成和驱动机制.     

大连附近海域潮汐潮流的三维数值模拟

在POM的基础上，建立了一个。坐标系下的三维斜压预报模式，采用细网格，考虑海底摩擦系数的影响，以实测资料为基础，对大连附近海域的潮汐潮流进行了数值模拟。从单点潮位验证、单点潮流验证、流场的变化规律等多方面的模拟情况看，预报结果具有很高的精度，可以为海洋测量和航海等工作提供三维实时的动态变化规律。     

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。     

福建沿岸上升流数值研究 Ⅰ.台湾海峡潮汐、潮流的数值模拟

台湾海峡内的潮运动是相当强烈和复杂的,一方面由于自海峡外传入的两支太平洋潮波在海峡内传播、相汇,形成强烈的潮运动;另一方面海峡内地形的复杂和岸线的曲折又使海峡内潮汐、潮流的分布变得特别复杂。自80年代以来,国内学者对海峡内的潮汐、潮流进行了不少研究(丁文兰,1983;方国洪等,1985;叶安乐等,1985,1986;李立等,1990；陈新忠,1983;郑文振等,1982),并获得了有价值的成果。但是,他们对海峡内潮运动的过程、性质等尚有许多不同的看法。例如,关于M2分潮最大流速同潮时线的分布状况,以上学者的结论各不相同,有的甚至差异很大。对海峡内M2分潮最大流速同潮时线聚点(即圆流点)的问题也有两种观点。关于潮流分布状况,由于实测流资料缺乏,尽管已有的研究在潮流极值区的出现位置上基本达成共识,但在潮流流速量值的大小问题上仍有诸多分歧。 鉴于上述研究现状,为了对海峡内潮汐、潮流的分布状况有更准确、细致的认识,以便弄清海峡内潮过程在上升流形成过程中的作用,本文在已有研究的基础上,重新对台湾海峡内的潮汐、潮流作了数值计算。我们将讨论的重点放在以往研究中有争议的问题上,依据计算结果并结合实测资料提出我们的见解。     

厦门附近海域潮流场的数值模拟

本文采用Vincenzo Casulli提出的半隐式有限差分方法,首次模拟厦门全海域的潮流场.利用本单位多年在该海域的水文调查结果(共选用8个短期潮位站和53个全潮周日测流站的资料),对潮流场进行检证,表明潮流场模拟结果是较好的.包括全海域流态分布,广大潮间带淹没及干出的情况,各测站潮位、潮流大小与位相,等潮差线与同潮时线的分布,以及欧拉余流分布与实际情况吻合均较好.     

厦门港三维潮流数值模拟

由于厦门港滩涂面积较大,地形复杂,在建立厦门港三维模型时,采取了以下方法：二维嵌套三维模型,大网格嵌套小网格,在计算中采用全隐格式进行差分,变边界过程采用窄缝法进行模拟,并考虑侧向摩擦作用。在模型的建立过程中还采用ＧＩＳ技术,建立模型的边界,网格及水深,提高了建模效率。用该模型对厦门前埔围海工程进行潮流数值模拟,得到了满意的结果。     

渤海潮波运动的三维数值计算

本文采用Leendertse(1973)的三维非线性潮波微分方程的有限差分格式,计算了渤海全日潮、半日潮。计算结果与实测符合良好。本文着重研究了M_2分潮合成潮流的垂直变化及垂直潮流。     

三维潮致拉格朗日余流的数值计算及其在渤海中的应用

根据冯士筰教授于1987年导出的三维质量输运速度的控制方程组出发,在垂直方向上用三次样条函数为基函数作谱展开,水平方向上应用有限差分格式来求解方程组,然后将所提出的计算方法应用于夏季渤海环流,取湍粘性系数随深度变化模式,通过计算可知,潮致余流改变了一般认为夏季渤海环流为一逆时针方向大环流的简单结论,并得到了观测的初步支持。     

渤海、黄海和东海的潮余流特征及其与近岸环流输送的关系

渤海、黄海和东海是西北太平洋陆缘海,有宽广的大陆架,太平洋潮波长驱直入,在大陆架海域形成显著的潮汐运动,由此而产生的潮余流输送在许多地区显示出重要作用。已有很多学者(方国洪等,1985;黄祖柯,1992)用数值方法计算过渤海的潮波运动,并给出了那里的潮余流分布。渤海的潮余流计算大体上有两种方法:(1)用二维或三维潮波运动方程组计算潮汐和潮流,然后再计算欧拉潮余流(方国洪、杨景飞,1985;于克俊、张法高,1987;黄祖柯,1992);(2)以弱非线性三维拉格朗日平均流理论为基础,计算拉格朗日潮余流,它不仅包括最基本的欧拉余流,而且还包括在浅水比较显著(与欧拉余流同量级)的斯托克斯漂移速度和高阶的拉格朗日漂移速度订正值(郑连远,1992;王辉等，1993)。上述两种方法理应给出大体相近的潮余流分布,但从现有的计算结果来看,这两种方法在渤海给出了几乎完全相反的潮余流输送。 汤毓祥(1990)曾计算过南黄海和东海大陆架区的M2分潮余流,并考虑了斯托克斯速度漂移对它的影响,所得结果和已知的南黄海环流概况颇有相似之处,但由于计算边界取在东海大陆架外缘,那里的潮余流可能失真较大。Chio (1980) 也曾给出过渤海、黄海和东海大陆架区的欧拉潮余流分布,但由于他的开边界也取在东海大陆架外缘,面且他给出的潮汐、潮流数值在靠近中国大陆一侧,误差较大,因此所得潮余流也不能令人满意。 最近,我们完成了包括渤海、黄海和东海全海区的潮汐、潮流二维数值计算工作(Zhao et al,1993),与实测资料相比,其结果达到的准确程度,无论在潮位还是在潮流方面都比较好。本文以这一数值计算结果为基础,给出了渤海、黄海和东海全海区的潮余流分布，同时还讨论了潮余流与近岸环流的关系。     

渤海冬季三维环流数值模拟

基于冯士笮所给出的一种浅海环流模型，采用数值方法，对渤海冬季进行环流的数值模拟，给出了冬季三维风生环流和正压环流（含潮余流）。分析了潮致Ｌａｇｒａｎｇｅ余流对冬季环流的贡献及黄海暖流余脉对渤海冬季环流的影响。最后对风生环流和正压环流的特征进行了分析和讨论。     

渤海潮运动的一个二维数值模型

本文采用二维非线性潮波微分方程组的有限差分方法同时计算了渤海全日、半日和浅水潮。全日和半日潮计算结果与实测符合良好。四分日潮分布形式与实测一致,但振幅偏大,认为这可能是由于二维方程中摩擦力项不能很好代表高频潮波的耗散效应。文章指出,已有的半日同潮图在莱州湾差别较大,可能是由于黄河口岸形改变造成的。本文结果与近年同潮图一致。对全日和半日潮流,本计算给出了一个前人未注意到的圆流点。文章还给出了潮生余水位和余流的分布,并计算了潮能通量。     

东部沿海滩涂和浅海资源大开发之我见

介绍了浙江东南沿海的台州市及所属玉环县、温州市及所属乐清市、瓯海区等地面实施海洋“蓝色工程”的丰富实践和新鲜经验。文中借鉴浙东南沿海大开发的成功经验,结合我国东部沿海其它地区特别是苏北沿海的实际,提出了做出滩涂开发利用、发展海洋经济的总体战略构想。     

渤海西南部海域潮流数值计算

采用二维有限差分解法对渤海西南部海域进行潮流数值模拟,得出M_2分潮的潮波图,椭圆长短轴图,最大流速分布和不同时刻的潮流场图,并根据实测资料对其进行了验证。从而可系统地了解这一海区M_2分潮的潮波系统及逐时潮流场等海洋要素的分布情况。     

渤海潮流及湖余流的数值计算

渤海是我国重点保护水系之一。为了控制水域污染,制定废水排海标准,首要步骤须查明入海污染物质的扩散过程。在渤海,潮流是形成污染扩散的主要营力之一,为此首先计算渤海的潮流及潮余流场。近二十年来,随着电子计算机的迅速发展和计算技术的进步,潮汐动力学进入了数值研究的新阶段。这一新方向的特点,是以求解自然条件下长波方程的初值——边值问题为出发点,研究以往所不能解决的许多复杂现象。