發(fā)布時間：2020-11-13 01:11

　　 為進一步提高我國全球海洋潮汐的數(shù)值模擬和數(shù)值預(yù)報精度,發(fā)展較高分辨率的全球海洋環(huán)流和潮汐數(shù)值模型,本文基于FVCOM (Finite Volume Coastal Ocean Model)有限體積數(shù)值模式,建立了全球海洋無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格環(huán)流潮汐模型(Global Ocean Circulation and Tide Model based on the Unstructured Mesh, GOCTM-UM).該模型充分利用無結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格在不同區(qū)域具有不同空間分辨率的特點,根據(jù)不同區(qū)域環(huán)流和潮汐的運動尺度進行全球海洋網(wǎng)格設(shè)計。該模型巧妙地避免了開邊界條件的引入,平衡了模型網(wǎng)格高分辨率需求和大計算量要求之間的矛盾,并且在垂向上采用通用混合坐標,有效地提高了海表和海底混合層的垂向分辨率。 在考慮海水自吸引和負荷潮作用(Sea Water Self-Attraction and Earth-Loading Effects, SAL)的情況下,利用TOPEX/POSEIDON系列衛(wèi)星高度計模型數(shù)據(jù)對全球海洋潮汐模型進行了最優(yōu)插值(Optimal Interpolation)數(shù)值同化實驗。在一定程度上,提高了我國全球海洋潮汐模擬的精度,具有較為廣闊的應(yīng)用前景。通過將本文數(shù)值模擬結(jié)果與大洋潮汐站數(shù)據(jù)、近岸潮汐站數(shù)據(jù)、衛(wèi)星高度計數(shù)據(jù),以及與其它潮汐模型、環(huán)流模型等結(jié)果進行對比驗證,認為本文模型結(jié)果基本可信,數(shù)值模擬方案可行。 本文充分利用GOCTM-UM模型采用無結(jié)構(gòu)三角型網(wǎng)格在渤、黃、東海和南海等中國近海網(wǎng)格加密的優(yōu)點,對全球海洋環(huán)流和潮流進行了多種方案的數(shù)值模擬實驗,以分析東中國海及毗鄰海域環(huán)流和潮流運動的能量結(jié)構(gòu)為主線,探討了東中國海及毗鄰海域潮流對環(huán)流的作用及其機制問題。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)： (1)海洋潮流對于海洋環(huán)流主要具有三方面的作用和貢獻,即潮汐余流、非線性平流相互作用和湍混合耗散相互作用。整體來說,三者相比,非線性平流相互作用和湍混合耗散相互作用對東中國陸架海海洋環(huán)流的影響相對較強；相比冬季東中國海環(huán)流,潮汐余流的大小較為微弱,僅在海峽和近岸淺水等部分海區(qū)潮汐余流對海洋環(huán)流具有較為重要的影響。 (2)在冬季東中國陸架海區(qū),由于潮流的加入,對于海洋環(huán)流模型來說,模擬環(huán)流動能的改變約占環(huán)流動能的9.8%,其中表層影響約占6.3%,而底層影響約占15.7%。通過理論分析和數(shù)值實驗分析,認為海洋潮流和海洋環(huán)流非線性平流相互作用和混合耗散相互作用在海洋中占有較為重要的作用,忽略海洋潮流與海洋環(huán)流之間的非線性相互作用,將帶來非線性平流機械能輸送項和能量湍耗散項各約10%以上的誤差,理論分析和數(shù)值分析的結(jié)果基本一致。 (3)潮汐對于東中國海底層海域湍混合具有主導(dǎo)作用,其重要性強于潮流在海表的湍混合作用。在地形梯度較大的區(qū)域和淺水區(qū)域,底層混合強度最強,潮流的加入對于環(huán)流模型底層湍渦動粘性系數(shù)具有較大的改變,改變量可以達到10-3m2/s的量級。正壓潮汐模型所得到的湍渦動粘性系數(shù)與海洋環(huán)流模型得到的湍渦動粘性系數(shù)直接相加所得到的結(jié)果,與含潮海洋環(huán)流模型得到的湍渦動粘性系數(shù)相比,較大,具有一定的差異,尤其在底層海洋,這是考慮潮流作用而改進海洋環(huán)流湍封閉方案所需要考慮的。
【學(xué)位單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：P731.23
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 全球海洋潮汐數(shù)值模擬發(fā)展過程
        1.1.1 全球海洋潮波模擬研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)
        1.1.2 中國近海潮波研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)
    1.2 潮汐同化方法研究近況
    1.3 潮流與環(huán)流相互作用研究進展
    1.4 本文主要工作
        1.4.1 本文主要內(nèi)容
        1.4.2 本文研究內(nèi)容的結(jié)構(gòu)
    1.5 本文主要創(chuàng)新點
    1.6 本章小結(jié)
第2章 全球海洋環(huán)流潮汐模型
    2.1 模型建立依據(jù)和架構(gòu)
        2.1.1 無結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格系統(tǒng)
        2.1.2 全球海洋模型
        2.1.3 環(huán)流模式與潮汐模式的結(jié)合
    2.2 全球海洋潮波運動驅(qū)動力
        2.2.1 "引潮力"的導(dǎo)出
        2.2.2 天體引潮力的計算
        2.2.3 海水自吸引和負荷潮作用的計算
    2.3 模型介紹
        2.3.1 控制方程
        2.3.2 邊界條件
        2.3.3 計算策略
    2.4 潮汐同化
        2.4.1 Nudging方法和Blending方法
        2.4.2 Optimal Interpolation方法
        2.4.3 數(shù)據(jù)同化資料介紹
    2.5 模型配置
        2.5.1 水平網(wǎng)格
        2.5.2 垂向網(wǎng)格
        2.5.3 水深處理
        2.5.4 溫度和鹽度場設(shè)置
        2.5.5 邊界條件設(shè)置
    2.6 本章小結(jié)
第3章 全球海洋潮波及環(huán)流模擬結(jié)果驗證
    3.1 潮汐模擬結(jié)果驗證
        3.1.1 潮汐模型模擬結(jié)果與潮汐站觀測數(shù)據(jù)的對比
2分潮同潮圖比較'>        3.1.2 M₂分潮同潮圖比較
        3.1.3 潮流模擬結(jié)果比較
    3.2 模型環(huán)流結(jié)果驗證
        3.2.1 環(huán)流基本流態(tài)驗證
        3.2.2 斷面通量驗證
        3.2.3 絕對動力高度驗證
    3.3 本章小結(jié)
第4章 東中國海潮流在環(huán)流模擬中的作用
    4.1 數(shù)值實驗設(shè)計方案
        4.1.1 實驗方案描述
        4.1.2 實驗方案表達
    4.2 各數(shù)值實驗結(jié)果分析
        4.2.1 （C,T）數(shù)值實驗方案結(jié)果分析
        4.2.2 C數(shù)值模擬方案結(jié)果分析
        4.2.3 T數(shù)值實驗方案結(jié)果分析
    4.3 潮流在環(huán)流模擬中的作用
        4.3.1 潮流對環(huán)流的作用特征
        4.3.2 潮流與環(huán)流相互作用特征
    4.4 本章小結(jié)
第5章 潮流對環(huán)流作用機制的理論分析
    5.1 潮流與環(huán)流相互作用理論推導(dǎo)
    5.2 潮流與環(huán)流相互作用理論分析
        5.2.1 非線性平流作用分析
        5.2.2 能量耗散作用分析
    5.3 本章小結(jié)
第6章 潮流對環(huán)流作用機制的數(shù)值分析
    6.1 平流作用分析
        6.1.1 表層平流作用
        6.1.2 底層平流作用
    6.2 湍耗散作用分析
        6.2.1 表層湍耗散作用
        6.2.2 底層湍耗散作用
    6.3 本章小結(jié)
第7章 總結(jié)與展望
    7.1 主要結(jié)論
    7.2 今后工作展望
參考文獻
致謝
個人簡歷
發(fā)表的學(xué)術(shù)論文

【引證文獻】

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1 張俊鵬;東海冷渦對東亞季風(fēng)和黑潮氣候躍變響應(yīng)的數(shù)值模擬研究[D];國家海洋局第三海洋研究所;2012年

本文編號：2881510