正压浅海湍流运动的雷诺应力封闭模型

根据湍流封闭理论,建立一种适用于正压浅海湍流运动的雷诺应力封闭模型(RSM),以代替目前三维浅海动力学模型中普遍采用的湍粘性系数的传统假设。通过直接建立并模化f—平面上正压海洋的雷诺应力传输方程,分别得到的微分形式和代数形式的RSM方程组。并讨论了进行数值计算所需要的边界条件。利用该模型可以进一步研究浅海潮流、风暴潮流及风海流等浅海流动的三维结构和湍流特性。     

极坐标变换变边界模型及其应用

Ｊｏｈｎｓ变边界模型用于海湾海域风暴潮漫滩计算是，由于岸界变曲较大，而影响了计算的稳定性和精度，本文针对这个问题，导出了极坐标下的连续移动边界模型，从而改善了对岸界弯曲较大海域的风暴潮漫滩计算，通过对１９６９年黄河口沿岸一带水域风暴潮漫滩的模拟，证明这种极坐标变边界模型用于海湾海域的风暴潮漫滩计算，优于Ｊｏｈｎｓ变边界模型。     

天津近岸台风暴潮漫滩数值模式研究

基于对POM(Princeton Ocean Model)模式的改进,采用Flather-Heaps干湿网格法和两重网格嵌套的数值计算格式,针对天津近岸海域的地形和易受风暴潮漫滩灾害侵袭的特点,建立了天津近岸海域三维动边界风暴潮漫滩模型,对天津近岸区域台风影响下的风暴潮漫滩进行了数值模拟研究。选取7203,8509,9216,9711号典型台风过程,计算了风暴潮漫滩水位变化,通过与塘沽站点实测数据的比较,计算的增水曲线过程与实测结果吻合较好,基本能够真实反映天津近岸的风暴潮水位变化情况及漫滩范围。研究结果验证了改进POM模式为动边界数值模型并应用于浅海区域是可行性的。     

渤海风场的模拟及风暴潮数值计算

众所周知,历史上渤海沿岸曾多次遭受强风暴潮的侵袭.因此,风暴潮机制和预报的研究是十分重要的,近几年来,国内许多学者曾对渤海的风暴潮进行过一些研究,并取得了有益的成果.其中,山东海洋学院建立的超浅海零阶模型为浅海风暴潮理论及数值计算奠定了基础.     

超浅海风暴潮的一个联合模型及其对渤海风潮的初步应用

1975年秦曾灏、冯士筰提出“超浅海风暴潮”理论及相应的动力学模型(简称秦、冯模型),给出了风暴潮位预报方程及风暴潮流的解析解,经数值检验,该理论适用于渤海风潮,但涡动系数采用与深度无关的常数值,是物理假设上的一个弱点。 为了改进上述模型,1979年冯士榨、施平又提出了“含变涡动系数的超浅海风暴潮     

含变涡动系数的超浅海风暴潮模型

超浅海风暴潮模型提出后[2],对渤海风潮,作为超浅海问题,进行了数值研究[1]。其结果的分析和观测资料的比较都表明了该模型有一定的应用价值;故,对超浅海风暴潮模型作进一步的探讨是有一定意义的。尤其因为我国是一个多浅水域和多风暴潮的国家,这种研究就具有更重要的意义。     

渤、黄、东海海域 9711 号风暴潮数值模拟

以整个东中国海为计算域,采用 64 个天文分潮控制外海边界,用台风中心气压、最大风速为参数,建立球面坐标系下平面二维风暴潮数学模型,模拟风暴潮与天文潮的耦合流场.数学模型采用改进的 ADI 法求解,以 9711 号台风为例,对风暴潮数学模型进行了风暴潮增水验证,数值模拟结果与实测值符合良好.     

三维浅海流体动力学模型的流速分解法

以一个差分-微分方程导出了含有局部惯性项的三维浅海流体动力学流速分解模型的公式,将水平流速分解成4个分量——梯度流、风海流、线性惯性流和非线性惯性流.各流速分量的无因次垂向剖面采用变分-有限元方法求解,并单纯组成了风暴潮位的抛物型方程,从而使模拟计算类似于超浅海风暴潮所用的方法.最后,基于上述流速分解方法对渤海风潮作了数值研究,比较了各种效应的影响,得到了一些有意义的结果.     

台风暴潮某些特性的分析

台风暴潮的机制和预报,国内已有不少的研究,国外虽然亦进行了许多的研究,但就理论而言,大都局限于全流观点进行分析,从而得出较理想化的结果[1,2]。本文试图直接从线性化了的流体力学运动方程出发,导出适用于浅海中移行风暴所导致的风暴潮的理论模式,以研究其某些特性。     

渤海埕北海域风暴潮多年一遇极值增水的数值计算

利用一个二维正压浅海模型和大小区嵌套式的计算格式,对埕北海域及其附近连续20a的风暴潮进行了数值模拟,并获得了与实测值较为一致的结果.在此基础上对该海区的风暴潮极值增水做出了多年一遇的长期预测.     

辽东湾顶部风暴潮数值计算

辽东湾顶部浅海区水产资源丰富,是理想的水产养殖基地,同时这一带海底地质构造有良好石油、天然气开发前景.辽东湾顶亦是风暴潮多发性岸段.风暴潮对海洋资源开发与保护有很大影响,百年来这一带曾多次发生风暴潮灾害,其中最严重的一次是1915年7月19～30日发生的特大风暴潮,当时营口市内积水1m以上,可平地行船.     

中国东南海岸台风暴潮数值预报模式

本文取文献[1]中描述风暴潮运动的全流方程组及其有限差分方程组,并取园形风暴的台风模型,作为我国东南海岸台风暴潮的一种数值预报模式.在注意到复杂海岸和海洋边界的同时,本文还针对本模式和计算格点的边界布局特点,取用了一种较理想的边界处理方法.在福建海岸,选取7705号强台风暴潮为研究实例;在广东海岸,选取8007号强台风暴潮和6508号强台风暴潮为研究实例,与实测情况相当吻合的验算结果,较好地证实了本数值预报模式.     

大亚湾风暴潮波浪传播数学模型

本文建立了大亚湾风暴潮涌浪传播数学模型,以任意多边形离散计算海区,每一多边形构成单元,以波浪运动学和动力学守恒方程模拟单元内能量传递,以风暴潮过程模拟边界入射波高过程,用风暴潮涌浪传播基本方程和波能缓坡方程结合模拟湾口巨浪向湾内的传播过程。通过分析大亚湾不同种类岸线反射系数的概率分布,并结合实测波高对模型进行率定,最终确定模型参数。将大亚湾特征点计算波高与统计推荐波高比较进行模型验证,结果显示SE向波高与H_(13%)推荐波高对应较好,可以用于大亚湾海区的波浪预报。计算当大亚湾口分别出现10年一遇、50年一遇及100年一遇的波高时,在E、ESE以及ES向入射波浪条件下大亚湾海域极值波高的分布。分别对风暴潮涌浪在不同类型岸线的爬高以及风暴潮涌浪传播对岸线的作用力进行计算。     

利用POM模拟海州湾温带风暴潮

利用POM模式模拟了2007年0303号温带风暴潮在海州湾的增减水过程,以期为风暴潮预报提供参考。模式计算时采用2重嵌套网格,大网格为小网格提供边界水位和边界流速。风场、气压场由连云港观测站实测资料逐步订正后得到。水位计算值与实测结果基本吻合,很好地再现了风暴潮增减水过程。     

海洋流体动力学的一种交替方向隐式二维数值模式

本文提出一种计算浅海潮汐、风暴潮及其他长周期波动的二维数值模式.动力学方程用建立在交错网格上的二步差分子方程近似,两步均为隐格式,其中一步用于计算水位和x方向速度分量,另一步计算水位和y方向速度分量.两步交替进行以获得每一时间步长的值,该格式具有二阶精度.文章用Von Neumann方法证明了该计算格式的线性差分方程是无条件稳定的.为检验数值模式的可靠性,本文作了一系列数值实验.在有一开边界的长方形平底和斜底水域中以开边界处周期性振动和海面处定常风应力驱动下,数值模拟所得结果与解析解完全一致;在水深不连续,边界封闭的矩形水域中,水位对定常风响应的数值解也与Leendertse模式计算结果完全一致.模式还用于对南海风暴潮进行后报,良好地再现了风暴增水过程.     

超浅海风暴潮的一个联合模型及其对渤海风潮的初步应用

1975年秦曾灏、冯士筰提出“超浅海风暴潮”理论及相应的动力学模型(简称秦、冯模型)，给出了风暴潮位预报方程及风暴潮流的解析解，经数值检验，该理论适用于渤海风潮，但涡动系数采用与深度无关的常数值，是物理假设上的一个弱点。     

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.     

南海区高分辨率非线性耦合作用台风风暴潮数值预报试验与研究

本文对适用于南海区多因素影响的二级粗细嵌套网格风暴潮模型进行开发研究,考虑目前计算条件限制和预报实际时效的需要,采用天文潮与风暴潮的非线性相互作用二级模型进行风暴潮潮位实验研究.本文的研究改进现有风暴潮模式中仅考虑风与气压影响增减水的缺陷,考虑了天文潮的非线性影响风暴潮潮位等因素,预报出实时风暴潮潮位,与目前多因素海洋动力耦合模型有相似之处.更好地提高了风暴潮增减水及实时潮位的预报精度,给出直观的近岸海域风暴潮潮位时空分布.     

粤东海岸台风风暴潮数值预报

粤东海岸台风风暴潮数值预报取风暴潮运行的全流方程组及其有限差分方程组，并取Jelesnianski飓风模型，在注意到复杂海岸和海洋边界的同时，采用独特的边界布局、复合开边界及使用简便的固化预报程序处理方法，提出了一组可适用本海岸的台风风暴潮数值预报模式。在闽粤海岸经袭击影响粤东海岸的18场历史台风风暴潮的数值计算试验，有实测增水资料可对比的试验结果中，多数试验的计算与实测台风增水曲线拟合较佳，达到本项目研究的预期目标。试验结果有力地证明了该风暴潮数值模型是可靠的，可加以推广和应用。     

一个东海嵌套网格台风暴潮数值预报模式的研制与应用

建立了一个覆盖东海的两重嵌套网格高分辨率台风暴潮数值预报模式.粗、细网格模式分辨率分别为6'和2'.两套网格的嵌套采用单向松弛套网格技术,即在细网格的内边界附近建立了一个“过渡区”,对预报的物理量进行松弛,使粗、细网格模式变量逐步过渡,避免了边界附近寄生波的产生,从而增加了模式的稳定性.利用该模式,对显着影响东中国海地区的6次风暴潮过程进行了后报和预报试验.与观测资料比较,数值结果令人满意.