發(fā)布時(shí)間：2020-08-12 06:56

【摘要】：水交換能力是海灣、近岸海域的重要水動(dòng)力學(xué)特性,它與區(qū)域水體的自凈能力、環(huán)境容量、營(yíng)養(yǎng)鹽輸運(yùn)、生態(tài)環(huán)境等有著緊密的聯(lián)系。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們對(duì)于海洋的開(kāi)發(fā)熱情日益高漲,人類(lèi)在海洋、近岸海域的生產(chǎn)活動(dòng)不可避免對(duì)海洋自然環(huán)境產(chǎn)生影響。研究在各種生產(chǎn)活動(dòng)下海域水動(dòng)力和水交換的變化情況,對(duì)于保障海洋產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和海洋資源的合理利用具有重要的意義。 本文針對(duì)大型海灣水交換問(wèn)題,在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,采用隨機(jī)游動(dòng)的方法來(lái)計(jì)算水交換矩陣,并將水交換矩陣應(yīng)用于海灣內(nèi)不同區(qū)域之間的水交換研究。水動(dòng)力參數(shù)是運(yùn)行隨機(jī)游動(dòng)模型的基礎(chǔ),為了更為準(zhǔn)確和快速地獲取與實(shí)際相符的水動(dòng)力參數(shù),本文建立了分層三維潮流模型,并實(shí)現(xiàn)了它的并行計(jì)算。通過(guò)對(duì)目前常用水交換研究方法的總結(jié),發(fā)現(xiàn)利用隨機(jī)游動(dòng)粒子跟蹤模型可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)的拉格朗日粒子跟蹤模型對(duì)水體擴(kuò)散效果的忽略,同時(shí)又可以有效地避免對(duì)流擴(kuò)散模型在特殊情況下產(chǎn)生的數(shù)值振蕩及由此導(dǎo)致的不準(zhǔn)確的水交換模擬結(jié)果。另一方面,利用具有拉格朗日特性的隨機(jī)游動(dòng)模型可以方便快速地實(shí)現(xiàn)諸如年齡等基于拉格朗日觀點(diǎn)的水交換時(shí)間尺度的計(jì)算。 通過(guò)一系列經(jīng)典算例的嚴(yán)格驗(yàn)證,證明了隨機(jī)游動(dòng)方法可用于對(duì)流擴(kuò)散現(xiàn)象的準(zhǔn)確模擬,并實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)游動(dòng)模型的并行計(jì)算。 在大型海灣水交換研究中,通過(guò)將隨機(jī)游動(dòng)模型應(yīng)用于水交換矩陣的運(yùn)算,驗(yàn)證了在粒子數(shù)目較多的情形下,隨機(jī)游動(dòng)模型計(jì)算結(jié)果和對(duì)流擴(kuò)散模型吻合很好。理論上證明了利用水交換預(yù)測(cè)矩陣可以對(duì)大型海灣的中長(zhǎng)期水交換進(jìn)行快速預(yù)測(cè);分析了隨機(jī)游動(dòng)模型的粒子數(shù)目、矩陣取值時(shí)間和海域分區(qū)數(shù)目對(duì)水交換預(yù)測(cè)矩陣預(yù)測(cè)精度的影響,并用數(shù)值實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。 將隨機(jī)游動(dòng)模型應(yīng)用于渤海和天津近岸海域的水交換研究,分析了有無(wú)風(fēng)場(chǎng)對(duì)渤海各海區(qū)水交換的影響。在研究天津近岸海域岸線變化對(duì)水交換的影響時(shí),提出了分區(qū)平均駐留時(shí)間的概念,基于此概念對(duì)比分析了不同海域之間水交換的變化情況;將隨機(jī)游動(dòng)模型和年齡時(shí)間尺度結(jié)合起來(lái),分析了岸線變化對(duì)點(diǎn)源污染輸移路徑的影響。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類(lèi)號(hào)】：P731

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2790206