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误差的传播,采用高效的迭代格式提高运算速度,建立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。     

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     

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。     

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。     

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。     

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     

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。     

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。     

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。     

天津海域潮流嵌套模型

采用ADI法建立了天津海域的潮流模型,得出了该海域M_2分潮同潮时线和等振幅线以及潮流椭圆的分布,对天津市行政管理范围的局部海域建立了变空间步长的嵌套模型,提高了该研究海域的分辨率,得到了满意的结果。     

海岸河口三维潮流数学模型

本文采用有限元法建立了适用于海岸河口浅水地区的三维潮流数学模型，垂向采用绝对分层坐标系统，将整个水柱分成若干层，在每层内通过垂向积分平均，将三维问题简化为多个平面二维问题。在求解有限元方程中，引入集中质量矩阵技术，在时间上采用两步ＬａｘＷｅｎｄｒｏｆｆ格式，使有限元方程直接以显式解出，不需联立求解，节省了大量的计算时间和计算内存，通过模拟表面切应力作用在矩形水地上而引起的水流，计算结果与分析解比较一致，并将本模型应用到香港维多利亚水道中，计算结果与实测值亦符合较好，证明本模型是一个实用而有效的三维潮流数学模型。     

考虑底摩擦与岛屿影响的渤海潮波计算──渤海潮波计算中对不同形式的方程、底摩擦及岛屿处理之比较

采用二维非线性或线性潮波微分方程和三种不同底摩擦形式，在考虑岛屿或忽略岛屿（线性平滑）两种情况下，分别对渤海单个Ｍ２、Ｓ２、Ｋ１、Ｏ１分潮进行了数值计算。得出了这４个分潮在不同情况下的同期时线和等振幅线图及在部分站位上的调和常数值。计算表明，对渤海Ｍ２、Ｓ２、Ｋ１、Ｏ１单个分潮进行数值计算时，非线性方程中浅水和对流非线性项存在或不存在，对计算结果几乎没有影响，亚网格尺度岛屿对计算结果的影响并不大。用实测资料检验并与已有研究结果比较得出：由于水深过浅，底摩擦形式取非线性比取线性好；忽略尺度比网格尺度小得多的岛屿所得结果更合理，计算也更方便。     

利用伴随同化方法估计渤海潮汐模式的底摩擦系数

利用伴随同化方法，根据岸边潮位站的水位观测资料反演渤海二维非线性潮汐模型的底摩擦系数。计算结果与潮位站观测资料符合良好。结果表明利用伴随同化方法从岸边潮位观测资料估计潮汐模式的底摩擦系数是可行的。     

大规模多岛屿海域潮流场的数值模拟

本文提出了一种系统地分析大规模多岛屿海域潮流场的数值模拟方法,以及只有有限代表点位的计算区域内的潮汐和潮流资料的分析方法。建立了适用于复杂的多岛屿海域上平面二维潮波数值计算模型的选择及网格自动剖分方法。通过对长海县长山群岛海域潮流场的模拟,验证了此方法在计算规模大而又要求局部分辨率高的潮流场时,该方法效率高,经济合理,灵活方便。     

海州湾及邻近海域潮流数值计算

采用不规则三角形网格的分步杂交法，建立海州湾及邻近海域二维变边界潮流数值模型，计算得到最大潮流分布、同潮时线与等振幅线、潮流椭圆、潮致欧拉余流分布及不同时刻潮流场分布。     

杭州湾潮波运动的一个三维数值模型

应用坐标变换对杭州湾进行了潮波运动的三维数值计算。计算结果与实测符合良好。     

海面风场数值预报的历史和现状

本文简要介绍了国家海洋环境预报中心海面风场数值预报的历史和现状.