為進(jìn)一步提高我國(guó)全球海洋潮汐的數(shù)值模擬和數(shù)值預(yù)報(bào)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(wú)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(wú)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(diǎn),根據(jù)不同區(qū)域環(huán)流和潮汐的運(yùn)動(dòng)尺度進(jìn)行全球海洋網(wǎng)格設(shè)計(jì)。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(jì)算量要求之間的矛盾,并且在垂向上采用通用混合坐標(biāo),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(fù)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(jì)模型數(shù)據(jù)對(duì)全球海洋潮汐模型進(jìn)行了最優(yōu)插值(Optimal Interpolation)數(shù)值同化實(shí)驗(yàn)。在一定程度上,提高了我國(guó)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(jì)數(shù)據(jù),以及與其它潮汐模型、環(huán)流模型等結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,認(rèn)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(wú)結(jié)構(gòu)三角型網(wǎng)格在渤、黃、東海和南海等中國(guó)近海網(wǎng)格加密的優(yōu)點(diǎn),對(duì)全球海洋環(huán)流和潮流進(jìn)行了多種方案的數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn),以分析東中國(guó)海及毗鄰海域環(huán)流和潮流運(yùn)動(dòng)的能量結(jié)構(gòu)為主線,探討了東中國(guó)海及毗鄰海域潮流對(duì)環(huán)流的作用及其機(jī)制問題。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)： (1)海洋潮流對(duì)于海洋環(huán)流主要具有三方面的作用和貢獻(xiàn),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(duì)東中國(guó)陸架海海洋環(huán)流的影響相對(duì)較強(qiáng)；相比冬季東中國(guó)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(duì)海洋環(huán)流具有較為重要的影響。 (2)在冬季東中國(guó)陸架海區(qū),由于潮流的加入,對(duì)于海洋環(huán)流模型來說,模擬環(huán)流動(dòng)能的改變約占環(huán)流動(dòng)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(shí)驗(yàn)分析,認(rèn)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(jī)械能輸送項(xiàng)和能量湍耗散項(xiàng)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(duì)于東中國(guó)海底層海域湍混合具有主導(dǎo)作用,其重要性強(qiáng)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(qiáng)度最強(qiáng),潮流的加入對(duì)于環(huán)流模型底層湍渦動(dòng)粘性系數(shù)具有較大的改變,改變量可以達(dá)到10-3m2/s的量級(jí)。正壓潮汐模型所得到的湍渦動(dòng)粘性系數(shù)與海洋環(huán)流模型得到的湍渦動(dòng)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(dòng)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(jìn)海洋環(huán)流湍封閉方案所需要考慮的。
【學(xué)位單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)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(dòng)態(tài)
        1.1.2 中國(guó)近海潮波研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)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(jìn)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?jī)?nèi)容的結(jié)構(gòu)
    1.5 本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    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(wú)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(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力
        2.2.1 "引潮力"的導(dǎo)出
        2.2.2 天體引潮力的計(jì)算
        2.2.3 海水自吸引和負(fù)荷潮作用的計(jì)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(jì)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(chǎng)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(yàn)證
    3.1 潮汐模擬結(jié)果驗(yàn)證
        3.1.1 潮汐模型模擬結(jié)果與潮汐站觀測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)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(yàn)證
        3.2.1 環(huán)流基本流態(tài)驗(yàn)證
        3.2.2 斷面通量驗(yàn)證
        3.2.3 絕對(duì)動(dòng)力高度驗(yàn)證
    3.3 本章小結(jié)
第4章 東中國(guó)海潮流在環(huán)流模擬中的作用
    4.1 數(shù)值實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案
        4.1.1 實(shí)驗(yàn)方案描述
        4.1.2 實(shí)驗(yàn)方案表達(dá)
    4.2 各數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
        4.2.1 （C,T）數(shù)值實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(duì)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(duì)環(huán)流作用機(jī)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(duì)環(huán)流作用機(jī)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(xiàn)
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷
發(fā)表的學(xué)術(shù)論文

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2881510