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。     

基于FVCOM的渤海冬季三维风生环流数值模拟

利用FVCOM海洋模型以及MM5气象模式预报风场,对渤海冬季三维风生环流进行了数值模拟,结果显示:渤海风生环流具有显著的三维结构,表层基本沿风向运动,量值在5~10 cm/s,海峡处流速可达15 cm/s,底层有明显的补偿流,量值<3 cm/s;深度平均流环流状态明显,渤海海峡海流北进南出,渤海中部以及辽东湾为一顺时针环流,渤海湾以及莱州湾基本呈逆时针环流。文章通过对比实验,进一步讨论了海面风应力以及海底地形对渤海环流的不同影响,得出:在渤海中部风应力的切变涡度是形成顺指针流型的主要驱动力;除渤海中部以外,渤海冬季流型受地形作用的影响要大于海面风场的切变涡度。     

渤、黄、东海夏季环流的三维斜压模型

基于拉格朗日时均观点描述环流，建立起潮流与准定常流共同占优势系统中的陆浅海环流模型，并诊断计算了夏季渤、黄、东海的三维环流图。模拟结果较好地再现了渤、黄、东海主要流系的特征。对照冬季结果，对渤、黄、东海环流的季节变化做了阐述。从环流垂向分量的分布图上，可发现渐闽近海、长江口外存在较明显的上升流区。另外，对夏季渤、黄、东海的热盐环流和潮致余流分别进行了模拟，发现它们均能在黄海构成一逆时针向的五流系统，这对形成和维持夏季黄海冷水团的存在有重要作用。热盐环流的模拟结果表明，黄海冷水团环流含有“热成流”的成分；通过Lagrange余流的计算发现环绕黄河冷水团的环流还含有“潮成流”的成分。     

采用改进的盐度场数值格式模拟珠江口盐度分层现象

采用基于Backhaus的三维斜压模式计算珠江口水动力特性，重点模拟了夏季丰水期盐度分层现象；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。结果表明，改进后的盐度差分方程能较好地反映珠江口盐度成层现象。     

用广义随底坐标海洋模式研究南海2000年夏季环流

基于2000年8月在南海调查航次得到的水文资料,首次采用广义随底坐标形式的改进POM模式对南海夏季环流进行了数值研究.用正交曲线性水平网格覆盖观测区域,在垂向上对近表海面层次采用近似z坐标,而近底层则为随底坐标.在计算海区实际地形及假设的水平均匀而垂直层化的密度分布下,实施的两个数值计算试验表明,本模式采用的垂直坐标方案比传统的σ坐标方案优越,随底坐标模式因压力梯度项在起伏地形下产生的系统计算误差将变得十分的微小.在南海2000年夏季环流的实际计算中,首先对观测资料进行了60d的诊断计算,然后在诊断已得到的动力场结果基础上,又进行了10d左右的预报运行得到半诊断结果.从计算结果来看,它依赖于参数C_vis与C_dif的选择,特别是参数C_vis,文中取值为C_vis=C_dif=008.比较诊断与半诊断两个计算过程的结果,它们在定性上较为一致,在定量上有些差别.这是因为半诊断计算的方法对密度场作适当的动力调整,使其与地形、风场等更加匹配.在大尺度环流结构不受影响的情况下,尽可能地消除了小尺度噪声,可使计算得到的流场更为清晰.2000年8月南海计算区域环流的最大特点是多涡结构,其中有些反气旋暖涡和气旋式冷涡相间分布.在越南东南海域自表层至1000m水层稳定存在着一个显著的反气旋暖涡,其中心位置在11°51'N,112°07'E(诊断计算),水平尺度约为300km.此暖涡以东存在一个气旋式冷涡,这两个冷、暖涡是研究海区夏季环流的重要环流特征之一.在计算区域东北部夏季环流以反气旋环流系统为主;在计算区域东南部夏季环流以气旋系统为主;南海夏季环流分布,明显出现西部强化特征.     

斜压海洋动力学的一种三维数值模式 Ⅰ.动力学方程数值格式

依据自由海面海洋动力学原始方程建立了一种三维有限差分数值模式,可用于潮波、风暴潮和海流的数值模拟和预报。运动方程和连续方程的数值格式采用内、外模态分离的技术。外模态采用交替方向隐格式,用于计算海面高度和垂直平均流速,时间步长不受Ｃｏｕｒａｎｔ－Ｆｒｉｄｅｒｉｃｈｓ－Ｌｅｗｙ条件限制;内模态采用半隐格式,用于计算海流的垂直２颁布,其时间步长可大于外模态时间步长。模式的计算程度比一般显式模式可快１０倍     

渤、黄、东海夏季环流的数值模拟

在POM的基础上 ,建立一个σ坐标系下的三维斜压预报模式 ,考虑了海底地形、外来流、长江径流、海面风应力、海面热交换等多方面因素的影响 ,较好地模拟了夏季东中国海环流的情况。其结果表明 ,黑潮在流经东海时沿东海陆坡流动 ,其途径随陆坡等深线走向而变 ,在其两侧出现一些涡旋。夏季台湾暖流上层水主要来自台湾海峡 ,底层水主要由台湾东面黑潮的次表层水入侵陆架生成。夏季进入朝鲜海峡的对马暖流的来源是多方面的 ,其中有 :台湾暖流、黑潮分支、长江冲淡水与西朝鲜沿岸流的混合水。长江冲淡水在出长江口后 ,很快转向北流动 ,到34°N附近转向东南方向。在长江口东北面存在两个中尺度的涡旋。夏季黄海冷水环流由南北两部分组成 ,表层流速大 ,底层流速小。在青岛 石岛附近还存在一个中尺度的反气旋型涡旋     

长江口正压、斜压诊断及斜压预报模式--三维流场数值模拟

建立了σ坐标系下长江口正压、斜压诊断及斜压预报模式三维流场数学模型,采用k-kl二方程紊流闭合模型求解垂向涡粘系数。通过正压模式与斜压诊断模式、斜压诊断模式与斜压预报模式流场模拟结果的定量比较,说明了各种模式对长江口流场模拟精度影响的程度,推荐了长江口流场数值模拟采用的模式。     

两层简单斜压海洋模式及冬、夏季平均海流模拟

设计了一个两层简单斜压海洋模式(H₁=501,H₁+H₂=250m),利用1月和7月多年平均的海平面气温场、海平面气压场和由该气压场诊断出的海面风场,对此模式的性能进行了检验.结果表明,模拟得出的冬、夏季海洋表层及次表层流与实况较为一致.     

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。     

黄、渤海温跃层三维数值模拟

本文建立了一个三维温盐流耦合数值模式,考虑热平流以及海面热通量等的综合作用,通过数值模拟,研究黄、渤海温跃层形成演化的机制。选用了一个考虑风、潮、波浪涡动混合作用较为合理的铅直湍流扩散系数计算方案,对海区温度结构进行数值模拟。模拟结果表明,模式计算稳定性好,模拟时限长,与实测结果吻合良好。从3月份开始一直积分到11月,成功地模拟了黄、渤海温跃层演化的无跃期、成长期、强盛期直至消衰期的全过程,得出温跃层在成长期是一种正反馈机制,而在消衰期是一种负反馈机制的结论。数值结果显示出,潮流和风浪的涡动混合作用,海面热通量和海水透明度直接影响到温跃层的强度、深度及厚度,另外,热平流及海底地形的影响也是不可忽视的。     

珠江河口西南风强迫下潮流场的数值模拟

采用Backhaus三维斜压模型模拟了均匀西南风场对珠江口近岸海域的影响，并与无风情况作了对比；通过对珠江河口盐度场及风生环流的分析比较，结果表明，模型较为真实地再现了夏季珠江河口的水动力学特性。     

渤海悬浮颗粒物三维输运模式的研究 Ⅱ.模拟结果

利用本文Ⅰ给出的悬浮物输运的三维动力数值模式，在渤海中进行了两种情形下的模拟。首先模拟了黄河排出的细颗粒物在渤海中的运动，结果表明，这些颗粒物大部分将滞留在渤海内，而且其分布与气象条件有密切关系。另外对大风情况下悬浮物的输运进行了模拟，结果显示，大风到来时海水中的悬浮物浓度急剧上升，海底侵蚀增强，而风停止时，悬浮物浓度经过一段时间延迟后，会恢复到正常状态。这与实际观测的趋势是一致的，表明用本模式研究悬浮物的输运是可行的。     

黄海、东海夏季环流的数值模拟

基于ECOM -si,建立了一个垂向取σ坐标、水平取球面坐标的三维高分辨率湍流闭合的黄海、东海海洋环流数值模式 .考虑实际岸线和水深、边界通量、密度梯度力和风应力 ,应用该模式较成功地模拟出了夏季黄海、东海环流 (黑潮、台湾暖流、对马暖流、黄海冷水团环流和沿岸流 ) ,摸拟结果与以往实际观测和研究结果较为一致 ,表明所建立的模式能较成功地应用于该海区环流的研究     

渤海冬季环流形成机制动力学分析及数值研究

采用涡流方程,海面实测风力应力分布和二维数值方法,对渤海冬季环流形成机制进行了研究,结果表明,渤海冬季海面风应力分布东岸大,西岸小,又因海底十分平坦,从而风应力切变形成的负涡度,成为渤海中部及辽东湾海流呈顺时针向流动的主要驱动机制。当考虑海面实测风应力分布,潮余流和开边界入流等条件时,用二维数值方法模拟的渤海冬季环流,与实测吻合良好,一系列数值实验进一步表明：上述关于渤海环流形成机制的动力学分析是     

渤海夏季环流和渤海海峡水体输运的数值诊断研究

建立了一个基于POM的涵盖渤、黄、东海的海洋环流诊断模式来研究渤海夏季环流。分别进行了风海流、密度流和总环流的模拟。从模拟结果得出:渤海海峡夏季与北黄海的水交换总的来说表现为北进南出特征,但与冬季相比,其流量较小(约5×103m3s 1)且不能深入渤海。辽东湾基本上受气旋式环流控制,黄河口外至渤海湾受反气旋式环流控制。数值实验表明,渤海夏季主要属密度流性质。在渤海海峡的北岸存在一支明显的上升流,而且北部的海水垂向运动比南部要强许多。在渤海中部的纬向断面上,东部的海水垂直交换要比西部活跃得多;渤海海水的垂向运动亦主要是密度流导致的。     

渤海垂直湍流混合强度季节变化的数值模拟

渤海为极浅陆架海 ,其中湍流耗散作用显著。将三维斜压陆架海模式 HAMSOM应用于渤海 ,以渤海周边台站每天 4次的常规气象资料作为风和热驱动 ,渤海海峡开边界以 5个主要分潮调和常数计算水位强迫 ,计算了渤海 1982年水文要素和流场变化 ,并用模式以湍的局地平衡理论封闭计算出垂直湍流粘性的时空分布。结果表明 :渤海湍流混合冬强夏弱 ,变化幅度较大 ( 10～ 2 0 0 cm2 / s) ,这是风搅拌和潮混合的湍流输入在密度层化调整下的结果 ;风的作用在冬季强于潮的作用 ,而底层则由潮混合控制呈现半月周期 ;渤海湍粘性系数的空间分布十分复杂 ,这是在渤海地形和岸形轮廓限制下 ,由一定大气条件驱动的流场和密度场导致的湍流混合强度不同所致     

东中国海拉格朗日环流数值模拟I——自适应环流模型

海洋环流是海洋科学研究的1个焦点。本文首次建立了东中国海环流自适应数值模型。由于所设计的自适应网格既与边界适应，又在水深变化急剧的东海陆坡处得以加密，从而使坐标变换下的三维斜压模式克服了跨越陆坡计算这一难题，并以期获得更为精确的数值研究成果。该模型基于Lagrange时均观点，而Euler观点。它可计算海域三维斜压流场，从而得到其风生-热盐-潮致Lagrange环流。模拟结果与实测及现有的数值研究结果比较，合理可信。其中黄海暖流的起源问题，计算结果与传统观点相悖，而与近期实测结果一致。本文为系列报道之首篇。     

基于WRF的黄渤海海雾数值模拟参数化方案研究

对数值模拟的研究现状进行了总结梳理,分析了已有研究的不足,并根据研究目标在已有研究结论基础上有针对性地设计了敏感性实验方案。经过与实地观测的结果对比来看,与海雾模拟密切相关的边界层参数化方案中的YSU方案对我国黄渤海海区的不同强度海雾均具有良好的适用性,而长波辐射方案中的Fu-Liou-Gu方案则具有更好的普适性,在这种核心方案配置下的模拟结果均可满足一般科学研究与预报业务的需求。