近岸浅海潮流数值模型及其应用

在Casulli提出的半隐式有限差分方法的基础上,通过改进底摩擦力公式以避免在超浅水域底摩擦项过大的缺点,对底摩擦项进行线性化处理以获得隐式效果,对平流项采用适当的差分格式以减小假扩散及对活动边界引入误差的传播,采用高效的选代格式提高运算速度,建立了适合于近岸浅海的潮流数值模型。该模型有良好的稳定性,计算时间步长不受CFL条件的限制。在防城港的潮流模拟中,模型的验证结果良好。     

黄海北部海域三维潮流数值模型

基于湍流闭合的三维斜压流体动力学方程组,建立了河口及附近浅海域的三维环流数值模型,模型采用ＡＤＩ差分方法妥动量方各,采用佞步方法求解标量方程,采用总变差减小格式（ＴＶＤ）来求解各方程中的平 流项。模型提高了计算精度,同时使计算量大幅度缩小。利用本文所建立的数值模型对鸭绿江口及附近海域的潮流场进行了数值模拟,结果表明,模型具有良好的精度。     

浅海污染扩散的高精度数值模型

本文将ADI差分方法与紧凑格式相结合,对平流扩散方程进行数值处理,建立了浅海污染扩散的高精度数值模型.本模型将数值精度提高到四阶,从而有效地避免了数值弥散问题.由于采用隐显交替方向法,数值格式稳定且保持了差分方程组的三对角性质,计算过程简便.在理想条件下的数值试验结果与解析解的比较,说明了本文所建立的模型的精确性.利用北黄海倾废区域碱渣倾倒现场试验资料对本模型进行了实际验证.通过在渤海M₂分潮流场条件下的数值试验,揭示了污染云团在浅海中输移扩散的物理过程.     

大连湾及附近海域潮流场数值模拟

用ＡＤＩ法模拟计算了大连湾及附近海域Ｍ２分潮潮流场，在处理平流项时采用迎风格式，在每一时间步长，产生一个只包含水位的三对角方程组，并用Ｔｈｏｍａｓ算法求解，可节省大量计算机内存和计算时间，将模拟结果与交配实测资料比较，二进者吻合较好，并根据计算结果分析了大连湾及附近海域的潮流特征，潮流的主要运动形式为往复流，开阔海域最大流速约５０ｃｍ／ｓ，各湾自湾口至湾顶流速呈递减趋势，湾顶附近流速均在５ｃｍ／ｓ     

一个近岸海流数值计算模式的开边界条件

为了计算的省时性,ＩＡＰ近岸海流数值模式采用了分解算法,即将控制方程分解为３个过程并用不同的时间步长进行积分。章在此基础上对分解后的控制方程作局地线性化,得到了适合不同过程的开边界条件,对于适应过程,控制方程变换为等价的表示沿不同方向传播波动的特征方程。传出计算区域的波动用特征方程来描述,而传入波动则由无反射边界条件来消除。对于演变过程,求出了解析形式的通解。在流出点上,边界条件可以借助解析解由     

东海沿岸上升流的数值计算

运用Ｂａｃｋｈａｕｓ的三维非线性模型,同时考虑潮,风和台湾暖流的作用,本文计算了夏季我国东海沿岸上升流。结果表明,东海沿岸从杭州湾口外一直到闽北的海底坡折区上存在明显的上升流,它呈带状分布,宽约４０ｋｍ,舟山近海的强上升流出现在３０ｍ层,向南则可达到较深的水层,流速一般为６．５×１０＾－３ｃｍ／ｓ。     

浅海潮流的一种计算方法

潮流对于海上活动的许多具体问题都有密切关系,可是对它的研究却远比潮位为少,要较长时间连续观测潮流仍有实际困难,而周日或双周日观测的分析又不甚可靠,因此寻找间接计算潮流的方法是有意义的。本文拟从动力学的关系探讨这一问题。     

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     

极浅海域潮流数值模型

通过对以往的浅水环流数值模型进行改进，建立适用于极浅水域的且能达到较高分辨率的潮汐环流数值模型。模型的主要特点是：（１）通过改进海底摩擦项的表达式来克服传统的二次方律在极浅的潮滩区所产生的不稳定问题；（２）采用逆风格式处理动量方程中的平流项，有效地抑制由于岸边界移动引起的数值短波的扩散。结合老虎滩湾海上工程的需要，利用本模型进行一系列的数值模拟试验。经过实测资料验证表明，改进后的模型具有良好的稳定     

烟台北部近岸海域潮流数值模拟

采用ADI法,分别模拟烟台北部海域四大分潮(M_2、S_2、K_1、O_1),得到潮汐潮流性质、潮流椭圆、同潮时线和等振幅线。然后合成四大分潮,对研究海域大潮期的潮流场作了预报,计算结果与实测值吻合良好,再现了该海域复杂的潮波系统。     

广西近岸海域潮流数值模拟

采用有限元三角形网格的分步杂交方法,建立了广西近岸海域的二维潮流数值模型,计算值与实测资料符合较好。采用主要分潮组合输入,模拟了研究海域的平均潮潮流场。模拟结果表明:涨急时,潮流向为东北方向,最大涨潮流速为74cm/s左右;落急时,潮流向为西南方向,最大落潮流速约100cm/s,落潮流速大于涨潮流速。近岸区域潮流为往复流,离岸边越远潮流越接近旋转流。     

一个近岸海流数值计算模式的开边界条件

为了计算的省时性,ＩＡＰ近岸海流数值模式采用了分解算法,即将控制方程分解为３个过程并用不同的时间步长进行积分。文章在此基础上对分解后的控制方程作局地线性化,得到了适合不同过程的开边界条件。对于适应过程,控制方程变换为等价的表示沿不同方向传播波动的特征方程。传出计算区域的波动用特征方程来描述,而传入波动则由无反射边界条件来消除。对于演变过程,求出了解析形式的通解。在流出点上,边界条件可以借助解析解由上一时刻区域内部或边界上的已知值求得;而在流入点上,边值保持定常。对于耗散过程,不需要边界条件。最后对所提出的开边界条件进行了数值检验,结果是令人满意的。     

近岸海浪几种数值计算模型的比较

除了统计模型，目前可用于近岸海浪计算的主要模型基本上可以分为Boussinesq方程、缓坡方程、能量平衡方程三大类。本文在对这三类模型作简要介绍的基础上，对它们用于近岸波浪计算各自存在的优缺点作了较为详细的比较，然后综合这三类模型的优点，根据目前我们所掌握的一些先进的海浪计算方法，提出一种比较实用的计算模型。     

浅海污染扩散的高精度数值模型

本文将ADI差分方法与紧凑格式相结合,对平流扩散方程进行数值处理,建立了浅海污染扩散的高精度数值模型。本模型将数值精度提高到四阶,从而有效地避免了数值弥散问题。由于采用隐显交替方向法,数值格式稳定且保持了差分方程组的三对角性质,计算过程简便。 在理想条件下的数值试验结果与解析解的比较,说明了本文所建立的模型的精确性。利用北黄海倾废区域碱渣倾倒现场试验资料对本模型进行了实际验证。通过在渤海M_2分潮流场条件下的数值试验,揭示了污染云团在浅海中输移扩散的物理过程。     

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。     

超浅海风暴潮的进一步研究

1975年秦、冯创建了“超浅海风暴潮”模型。此后．有若干文献（2-5)以及一些尚未发表的论文，从数值模拟以及理论方面将此模型用于研究渤海风潮。均获得一定结果，证实了该模型的实用价值．本文从理论上对超浅海风曝潮模型的波动性，垂直变涡动系数、底摩擦表达式以及可变边界问题进行探讨．     

连云港近岸海域潮流垂直结构及其季节变化

根据连云港近岸海域夏冬季多站同步连续实测潮流资料,分析了不同季节、不同潮周期潮流垂向分布特征,并对实测潮流资料进行了准调和分析,进一步计算潮流椭圆要素,据此分析了潮流性质、潮流椭圆旋转率、最大流速流向及到达时间的垂向分布.结果表明,连云港近岸海域实测各层潮流在垂向上和季节上具有一定的差异,通常表层潮流最强,底层潮流较弱,夏季表底层大小差异比冬季明显.潮流性质属正规半日潮流,表征潮流性质的日潮流与半日潮流比值随水深的增加而变化,夏季表底层变化比冬季大.最大流速大小随深度增加而递减,夏季比冬季变化显著.最大流速方向随深度变化呈逆时针方向旋转.底层最大流速到达时间比上层早,日潮流比半日潮流变化大.     

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。     

潮滩海域边界适应网格潮流数值模型

在河口潮滩海域水动力学问题的计算中,为了模拟复杂的地形和岸形,最好采用边界适应坐标和小空间步长的高分辨率计算网格。由此带来的问题是,在非正交的边界适应坐标系中,如果继续采用直角坐标系中的速度分量做为求解未知量,不但给方程组的隐式求解带来困难,而且使潮滩上海水漫滩的干湿格点判断准则变得十分繁琐。本文导出了任意曲线坐标系下普遍适用的速度逆变张量和水位所满足的动力学方程组,从而实现了非正交曲线坐标系下交替方向隐式差分格式,使得在高分辨率的边界适应网格中,仍可采用大时间步长进行计算。速度逆变张量方程的导出同时给潮滩上动边界的实现带来了方便。文中通过数值试验,针对模型的稳定性和精确性与以往显式的适应性网格模型做了详尽的比较研究,从而证实该模型是一种研究河口潮滩动力学问题精确而高效的数值计算模型。