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斜压海洋动力学的一种三维数值模式 Ⅰ.动力学方程数值格式 总被引：1，自引：0，他引：1
依据自由海面海洋动力学原始方程建立了一种三维有限差分数值模式,可用于潮波、风暴潮和海流的数值模拟和预报。运动方程和连续方程的数值格式采用内、外模态分离的技术。外模态采用交替方向隐格式,用于计算海面高度和垂直平均流速,时间步长不受Ｃｏｕｒａｎｔ－Ｆｒｉｄｅｒｉｃｈｓ－Ｌｅｗｙ条件限制;内模态采用半隐格式,用于计算海流的垂直２颁布,其时间步长可大于外模态时间步长。模式的计算程度比一般显式模式可快１０倍 相似文献
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基于非结构网格的高分辨率隐式算法研究及应用 总被引：1，自引：0，他引：1
采用LU-SGS隐格式离散N-S方程,求解过程引入超松弛系数。数值水槽试验研究发现,超松弛系数的引入可以提高计算结果收敛速度,其取值范围一般在1~1.3之间。应用LU-SGS算法,建立了高分辨率的大东港海域潮流泥沙数学模型,计算结果表明,该算法稳定性好,计算精度能够满足实际工程应用,具有模拟大范围海域潮流泥沙运动的能力。 相似文献
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应用内外解匹配的方法和驻相法推导了柱坐标系下地震引起的水面波动方程的解,即推导了地震海啸波生成与传播的理论方程,并对越洋地震海啸理论方程进行了求解。基于Boussinesq方程出发,建立了二维越洋海啸波传播数学模型,并对越洋海啸进行了数值计算,计算方法采用有限差分方法,差分格式采用交替方向隐格式(Alternating Direction Implicit即ADI方法)。利用越洋海啸计算模式对发生在大洋中的地震海啸进行了模拟,将数值模拟结果与地震海啸波理论方程的计算结果进行了比较,两种计算结果吻合较好。 相似文献
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海洋流体动力学的一种交替方向隐式二维数值模式 总被引：5，自引：2，他引：5
本文提出一种计算浅海潮汐、风暴潮及其他长周期波动的二维数值模式.动力学方程用建立在交错网格上的二步差分子方程近似,两步均为隐格式,其中一步用于计算水位和x方向速度分量,另一步计算水位和y方向速度分量.两步交替进行以获得每一时间步长的值,该格式具有二阶精度.文章用Von Neumann方法证明了该计算格式的线性差分方程是无条件稳定的.为检验数值模式的可靠性,本文作了一系列数值实验.在有一开边界的长方形平底和斜底水域中以开边界处周期性振动和海面处定常风应力驱动下,数值模拟所得结果与解析解完全一致;在水深不连续,边界封闭的矩形水域中,水位对定常风响应的数值解也与Leendertse模式计算结果完全一致.模式还用于对南海风暴潮进行后报,良好地再现了风暴增水过程. 相似文献
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通过在二维数值水槽内用边界元法直接求解Laplace方程,对规则波在缓坡上的变形及破碎进行了数值计算。分析了不同底坡及采用不同底摩阻系数时规则波的破碎特征,并对规则波破碎的极限坡度进行了研究。重点分析了规则波破碎时海底坡度、底摩阻系数及波形不对称性对破碎指标的影响。 相似文献
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根据海水温度和盐度平流扩散方程给出一种数值计算方案并采用混合长度理论给出生趣涡动粘性系数的计算方法。对于温度和盐度方程其平流过程采用了Ｌａｘ－Ｗｅｎｄｒｏｆｆ格式,水平扩散彩 显著 式,生趣扩散采用隐格式。 相似文献
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以实验室二维温带风暴潮数值模型为基础,综合考虑海洋潮波动力与风应力联合作用,建立温带风暴潮三维数值计算模型.模型从推导三维风暴潮基本控制方程出发,并应用交替方向隐格式(ADI)方法对方程进行离散求解.对于浅水动边界,模型采取局部深槽、缩小水域的活动边界处理方法.利用拟三维数值计算方法,并提出了非平面水深等分模式和平面等水深分布模式,应用这两种计算模式分别对渤海湾2009年5月8～10日发生的风暴潮过程进行了数值模拟.将风暴潮位计算结果和增水位计算结果与塘沽验潮站的实际观测数值进行对比验证,结果显示受风应力与潮波联合作用的风暴潮位和增水位与实测数据吻合良好;通过比较得到了平面等水深分布模式的计算成果要比非平面水深等分模式的计算成果更接近观测资料的结论,为风暴潮预报提供了理论依据. 相似文献
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为解决位于黄河口水下三角洲上海洋钻井平台及钻探船受波浪的破坏问题,我们对黄河口以北的五号桩海域进行了浅水波浪变形数值计算,并提出了黄河口区波浪作用下海底摩阻系数与波浪要素和水质条件(粘滞性)的经验关系式。通过对计算结果的分析,讨论了黄河口五号桩地区的波浪传播特性。 相似文献
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数值化海区框架的建立 总被引：1，自引：1，他引：1
数值化海区建立在海区观测资料的基础之上，采用现有的数值计算模式以拓展海区信息，包括海区水深地形数据库、海区潮流数据库、海区波浪数据库、海区泥沙数据库、数值化海区查询库的建立等内容。数值化海区具备一定的分析与计算能力，并具有投资小、速度快和辅助决策的作用。 相似文献
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LAGFD-WAM海浪数值模式是一种第三代海浪数值模式，通过求解波数谱平衡方程，并考虑风输入、波浪破碎耗散、底摩擦耗散、波波非线性相互作用和波流相互作用等源函数，模拟波数空间下的海浪方向谱，并依此获得海浪的波高、周期和平均波向。该模式的一个显著特点是采用特征线嵌入格式求解海浪的传播。在进行浅水区域的海浪模拟时，特征线嵌入格式的数值计算方案是否合理对海浪数值模拟结果产生直接的影响。为此LAGFD-WAM海浪数值模式提出了一种新的特征线混合数值计算格式，并应用于浅水海浪数值模拟。结果表明，采用该计算方法，能够使数值模拟结果与实测结果很好符合。 相似文献
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用三维陆架海模式(HAMSOM)对浙江近海的潮汐、潮流进行了数值模拟,并采用网格嵌套和动边界技术对原模式作了改进,以提高计算的精度,改进后的模式在浙江近海的应用中被证明是成功的.沿岸50个潮位站计算与实测值的比较表明,加入动边界以后的小区域细网格计算较之粗网格以及未加动边界以前精度普遍提高,比较的均方差结果为:M2分潮振幅差4.6cm,相角差7.14°;S2分潮振幅差5.0cm,相角差5.4°;K1分潮振幅差2.25cm,相角差5.76°;O1分潮振幅差1.56cm,相角差5.5°,可见计算与实测符合良好.另外,选取了105个实测潮流点,比较了表层M2和K1分潮流调和常数分量Ucosξ,Usinξ,Vcosη,Vsinη的实测值与计算值的偏差,结果表明计算与实测的符合程度较好.在此基础上,给出了各主要分潮的潮位同潮图、潮流同潮图、潮汐性质、潮流性质、潮流椭圆和潮流的运动形式等,发现4个主要分潮M2,S2,K1,O1在本区内均未出现无潮点;M2分潮流在29°18'N,122°46'E处有一个圆流点.此外还得到了一些有意义的结论,都与实测情况符合良好,从而对整个浙江沿海区域的潮汐潮流特性有了一个全面认识. 相似文献
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本文利用普林斯顿海洋模式对台湾海峡 Ｍ ２ 分潮作了分辨率较高的三维数值模拟。在较准确地模拟了潮汐分布的基础上,研究了 Ｍ ２ 分潮流椭圆分析、最大流同时线分布、潮流场的水平及垂直结构,最后还给出了 Ｍ ２ 分潮余流、余水位的分布。结果表明, Ｍ ２ 分潮最大流同时线在海峡中部同时形成密集区和一个圆流点;构成海峡潮波系统的两股潮波中,南支潮波的影响似超出了以往所认为的范围;最大潮流仅在近海底处急剧减小,最大流方向随深度增加右转,到近底层又向左转;潮汐余流和余水位均较弱,仅在澎湖水道、台湾浅滩附近余流较大。 相似文献
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An artificial sand wave on the Dutch shoreface of the North Sea has been studied in conditions with relatively strong tidal currents in the range of 0.5 to 1 m/s and sediments in the medium sand size range of 0.2 to 0.5 mm. The sand wave is perpendicular to the tidal current and has a maximum height and length of the order of 5 m and 1 km, respectively. The sand wave is dynamically active and shows migration rates of the order of a few metres per year. A numerical morphodynamic model (DELFT3D model) has been used to simulate the morphological behaviour of the sand wave in the North Sea. This model approach is based on the numerical solution of the three-dimensional shallow water equations in combination with a surface wave propagation model (wind waves) and the advection–diffusion equation for the sediment particles with online bed updating after each time step. The model results show that the sand wave grows in the case of dominant bed-load transport (weak tidal currents; relatively coarse sediment; small roughness height; low waves) and that the sand wave decays in the case of dominant suspended transport (strong currents, relatively fine sediment, large roughness height; storm waves). 相似文献
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On the basis of the previous studies, the simplest hyperbolic mild-slope equation has been gained and the linear time-dependent numerical model for the water wave propagation has been established combined with different boundary conditions. Through computing the effective surface displacement and transforming into the real transient wave motion, related wave factors will be calculated. Compared with Lin’s model, analysis shows that calculation stability of the present model is enhanced efficiently, because the truncation errors of this model are only contributed by the dissipation terms, but those of Lin’s model are induced by the convection terms, dissipation terms and source terms. The tests show that the present model succeeds the merit in Lin’s model and the computational program is simpler, the computational time is shorter, and the computational stability is enhanced efficiently. The present model has the capability of simulating transient wave motion by correctly predicting at the speed of wave propagation, which is important for the real-time forecast of the arrival time of surface waves generated in the deep sea. The model is validated against analytical solution for wave diffraction and experimental data for combined wave refraction and diffraction over a submerged elliptic shoal on a slope. Good agreements are obtained. The model can be applied to the theory research an d engineering applications about the wave propagation in a biggish area. 相似文献
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数值波浪水槽是研究波浪及波浪与结构相互作用的常用工具，可在真实尺度下产生波浪，并提供流场的详细数据。然而，大部分数值波浪水槽都存在数值耗散和数值色散问题，数值耗散使波能缓慢消散，数值弥散在波传播过程中使波频移。本文在有限差分法（FDM）求解欧拉方程的基础上，提出了一种抑制数值耗散效应的简单方法，考虑阻尼项的影响，对波的传播解进行了解析求解。该方法的主要思想是在动量方程中附加一个源项，其强度由数值阻尼效应的强度决定。本文通过对规则线性波、Stokes波和不规则波的数值模拟，验证了该方法的有效性。结果表明，本文方法可有效减小数值波浪水槽中存在的数值耗散现象。 相似文献
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A numerical study on the impact of tidal waves on the storm surge in the north of Liaodong Bay 总被引：1，自引：0，他引：1
KONG Xiangpeng 《海洋学报(英文版)》2014,33(1):35-41
A storm surge is an abnormal sharp rise or fall in the seawater level produced by the strong wind and low pressure field of an approaching storm system.A storm tide is a water level rise or fall caused by the combined effect of the storm surge and an astronomical tide.The storm surge depends on many factors,such as the tracks of typhoon movement,the intensity of typhoon,the topography of sea area,the amplitude of tidal wave,the period during which the storm surge couples with the tidal wave.When coupling with different parts of a tidal wave,the storm surges caused by a typhoon vary widely.The variation of the storm surges is studied.An once-in-a-century storm surge was caused by Typhoon 7203 at Huludao Port in the north of the Liaodong Bay from July 26th to 27th,1972.The maximum storm surge is about 1.90 m.The wind field and pressure field used in numerical simulations in the research were derived from the historical data of the Typhoon 7203 from July 23rd to 28th,1972.DHI Mike21 is used as the software tools.The whole Bohai Sea is defined as the computational domain.The numerical simulation models are forced with sea levels at water boundaries,that is the tide along the Bohai Straits from July 18th to 29th（2012）.The tide wave and the storm tides caused by the wind field and pressure field mentioned above are calculated in the numerical simulations.The coupling processes of storm surges and tidal waves are simulated in the following way.The first simulation start date and time are 00：00 July 18th,2012; the second simulation start date and time are 03：00 July 18th,2012.There is a three-hour lag between the start date and time of the simulation and that of the former one,the last simulation start date and time are 00：00 July 25th,2012.All the simulations have a same duration of 5 days,which is same as the time length of typhoon data.With the first day and the second day simulation output,which is affected by the initial field,being ignored,only the 3rd to 5th day simulation results are used to study the rules of the storm surges in the north of the Liaodong Bay.In total,57 cases are calculated and analyzed,including the coupling effects between the storm surge and a tidal wave during different tidal durations and on different tidal levels.Based on the results of the 57 numerical examples,the following conclusions are obtained：For the same location,the maximum storm surges are determined by the primary vibration（the storm tide keeps rising quickly） duration and tidal duration.If the primary vibration duration is a part of the flood tidal duration,the maximum storm surge is lower（1.01,1.05 and 1.37 m at the Huludao Port,the Daling Estuary and the Liaohe Estuary respectively）.If the primary vibration duration is a part of the ebb tidal duration,the maximum storm surge is higher（1.92,2.05 and 2.80 m at the Huludao Port,the Daling Estuary and the Liaohe Estuary respectively）.In the mean time,the sea level restrains the growth of storm surges.The hour of the highest storm tide has a margin of error of plus or minus 80 min,comparing the high water hour of the astronomical tide,in the north of the Liaodong Bay. 相似文献
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基于推板造波理论和摇板造波理论,在Open FOAM平台上采用重叠网格技术建立黏性数值波浪水槽,并使用一种结合SIMPLE算法和PISO算法的PIMPLE算法对数值模型进行求解。利用开发的数值模型通过数值收敛性测试和网格独立性测试分别重点研究了时间步长、库朗数和网格尺寸对数值精度和计算效率的影响。并对比研究了此数值模型分别嵌入层流模型和湍流模型的计算精度和计算效率。实现的规则波和二阶有限振幅波与理论结果和试验结果吻合,验证了此黏性数值波浪水槽的造波和主动消波功能。基于二维数值波浪水槽,进一步研究了三维数值造波,数值计算结果与理论结果吻合良好。研究结果不仅验证了重叠网格在二维和三维两相流体域中求解运动物体与流场交互的可靠性和正确性,而且为使用此黏性数值波浪水槽解决更复杂的海洋工程问题提供了依据。 相似文献
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基于Navier-Stokes方程，考虑波流相互作用，本文提出了河水水动力数学模型，本模型考虑：（1）河水径流、相对波浪和潮流，可作为时不变的流动问题，一般作为潮流计算的部分边界条件；（2）波浪，主要是涌，其周期相对潮流可小几个数量阶，波长50－250m；（3）潮流，周期性的，时间尺度是半天到1d，波长以几十公里计；（4）地形是缓变的，其特征尺度远大于波浪长度。 相似文献