本文建立了一個三維等密度坐標數(shù)值模型，該模型將海洋看作是由一系列的“等密度層”構(gòu)成，每層海水具有相同的位勢密度。該模型由外模態(tài)和內(nèi)模態(tài)組成，外模態(tài)用來計算正壓運動－表面潮，內(nèi)模態(tài)用來計算斜壓運動－內(nèi)潮。在該模型中使用一種改進的FCT方法以及前人提出的一種外推算法來解決分層界面與海面或底地形相交時給數(shù)值求解帶來的困難。此外，本文還嘗試采用漫灘算法來解決以上問題，與外推算法的比較結(jié)果表明，漫灘算法能更好地處理等密度坐標模型中底地形與分層界面相交的問題。通過對各種常見開邊界條件的特性進行比較與分析，選擇了適合于內(nèi)潮數(shù)值模擬的開邊界條件。首先，將該模型的模擬結(jié)果與理論解進行對比，初步驗證了的正確性。然后，使用該模型以M2和K1分潮作為強迫對水平均勻?qū)踊履虾?nèi)潮的生成和傳播過程進行了模擬。結(jié)果表明，呂宋海峽是南海內(nèi)潮的主要生成源地，生成的M2內(nèi)潮分成三個分支向不同方向傳播。向東傳播到太平洋的分支，幅度最寬；向西傳播到東沙群島的分支，能量最強且較為集中；向西南傳播至南海海盆的分支，幅度最窄且能量最弱。生成的K1內(nèi)潮分為兩個分支向不同方向傳播，其中一個分支向東傳播到太平洋；另外一個分支向西南傳播到南海。 水平非均勻?qū)踊约氨尘碍h(huán)流會對內(nèi)潮的生成和傳播造成重要的影響。本文使用一個三維原始方程數(shù)值模型，考慮水平非均勻?qū)踊氨尘碍h(huán)流的作用，施加八個主要分潮的強迫，模擬了呂宋海峽及其周邊海域的內(nèi)潮，并分析了水平非均勻?qū)踊约氨尘碍h(huán)流對內(nèi)潮生成和傳播的影響。與呂宋海峽西側(cè)海區(qū)一點觀測結(jié)果的比較表明，模擬與觀測的流速量級相當，K1和S2分潮的遲角與觀測較為接近，O1和M2分潮的遲角與觀測相比差異較大。在呂宋海峽北部，兩個海脊之間的半日內(nèi)潮能通量矢量沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，東側(cè)海脊超臨界地形的半環(huán)形的分布特征是內(nèi)潮能通量呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的主要原因。西側(cè)海脊是半日內(nèi)潮的最大生成源地，東側(cè)海脊中部是全日內(nèi)潮的最大生成源地。此外，在有一些區(qū)域內(nèi)，內(nèi)潮能轉(zhuǎn)化為正壓潮能。海底處擾動壓強與正壓流位相差的分布差異是造成M2和K1內(nèi)潮能轉(zhuǎn)化率存在巨大差異的原因，呂宋海峽北部兩個山脊之間的距離非常接近半日第一模態(tài)內(nèi)潮的波長，有利于西側(cè)海脊處半日內(nèi)潮的生成。約69%的半日正壓潮能損失轉(zhuǎn)化為半日內(nèi)潮，約63%的全日正壓潮能損失轉(zhuǎn)化為全日內(nèi)潮。在半日內(nèi)潮中M2內(nèi)潮占絕對主要地位，在全日內(nèi)潮中K1和O1內(nèi)潮能相當，其它幾個潮頻的內(nèi)潮能非常弱。向西傳播到南海的內(nèi)潮能（10.66GW）多于向東傳播到太平洋的內(nèi)潮能（7.80GW）。大約30％的全日內(nèi)潮在生成區(qū)域附近發(fā)生了耗散，而有51％左右的半日內(nèi)潮在生成區(qū)域發(fā)生了耗散。內(nèi)潮位相受背景環(huán)流的影響會發(fā)生超前或延遲。半日內(nèi)潮以第一模態(tài)為主，水平非均勻?qū)踊捅尘碍h(huán)流并沒有對內(nèi)潮傳播方向造成明顯的影響。第一模全日內(nèi)潮能傳播方向受水平非均勻?qū)踊约氨尘碍h(huán)流的影響較小，第二模以及更高模態(tài)的全日內(nèi)潮受中尺度渦的影響，傳播方向發(fā)生了明顯的改變。水平非均勻?qū)踊约氨尘碍h(huán)流對內(nèi)潮能局地耗散、向東西兩個方向傳播的內(nèi)潮能有較大的影響，而且全日內(nèi)潮受到的影響明顯大于半日內(nèi)潮。半日內(nèi)潮受水平非均勻?qū)踊挠绊戄^大，全日內(nèi)潮受背景環(huán)流的影響較大，這種區(qū)別是由半日內(nèi)潮和全日內(nèi)潮頻率的差異造成的。
【學位單位】：中國海洋大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2012
【中圖分類】：P731.2
【部分圖文】：

圖 2-1 垂向分層示意圖二維淺水方程，并考慮各層界面處的摩擦力，程。雖然各層之間存在界面摩擦力，但各層之Boudra, 1986）[63]。由于該模型采用了靜壓近似and Hibiya (2001)[30]的做法引入了斜壓阻尼項來態(tài)控制方程為： ()1()11111111111 vvAvqMruuAuqMahsyyhsxx

h0為500m，L 為10km，最大水深為4500m，模擬區(qū)域長度為300km。浮數(shù) N=8E-4/s，科氏參數(shù)取為8E-5/s，忽略各物理量在 y 方向的梯度。正壓流的2cm/s。數(shù)值模擬中參數(shù)設(shè)置如下：底摩擦系數(shù)、水平湍粘性系數(shù)、層間摩擦系壓阻尼系數(shù)均取為0，垂向均勻分為50層，水平網(wǎng)格大小為500m。模擬區(qū)域的開邊界，在東邊界采用主動 Flather 條件施加頻率為1.41E-4 rad/s 振幅為2cm/s流強迫，西邊界對正壓流采用被動 Flather 條件，東西兩個邊界均對斜壓流采件以防止地形處生成的內(nèi)潮遇到邊界后發(fā)生反射。模擬時間長度為15個潮周期13.5個周期時的結(jié)果用來和理論解進行比較。理論解根據(jù) Griffiths and Grim07)[11]中的(50a)式計算，計算方法參見附錄 C。

計算區(qū)域水深分布，A和B表示計算初始位勢密度站點的位置

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號：2809088