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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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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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风暴潮漫滩的半隐半显数值模式及其在珠江口的应用 总被引：2，自引：0，他引：2
研究给出了风暴潮漫滩预报的一种半隐半显数值模式,并将其用于珠江口风暴潮漫滩的后报。该模式将风暴潮漫滩的控制方程进行半隐半显离散,使计算稳定性不受时间步长的限制;分别用共轭斜量加速Ｊａｃｏｂｉ法和文中提出的简化算法求解差分方程以提高计算效率。数值模拟试验表明：该模式计算的沿岸风暴潮与天文耦合水位与实测水位值吻合较好,因而对漫滩位置,范围和持续时间的计算应是合理,准确的;因模式允许使用的时间步长比ＡＤ 相似文献
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将跳点法的基本思想应用于求解二维水位抛物型方程，从而构造了一种用于风暴潮数值预报的高效率差分格式。文中给出了这一格式的稳定性证明，并通过对实际风暴潮过程的模拟，证实了这一格式的稳定性和时效性 相似文献
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流速逆变张量隐式求解方法及其在航道港池流场计算中的应用 总被引：6，自引：1，他引：5
运用高分辨率的边界适应网格进行流体动力学数值计算时,如何提高计算稳定性和减少计算量成为数值求解的关键性问题.在非正交的边界适应坐标系中,每个动量方程中同时出现了两个交叉方向的水位偏导数项,给隐式求解带来困难,而显式格式下的时间步长由于受与空间步长有关的Courant-Friedrichs-Lewy条件限制,计算量成倍增加.本文从广义曲线坐标系下浅海动力学方程组出发,导出了流速的逆变张量所满足的动量方程组,使方程中的水位偏导数项变成了沿某一协变基向量方向占优的形式,方便地采用了交替方向隐式差分格式,从而提高了计算稳定性并减小了计算量.本文通过对澳门海域航道和港池中流场的计算,证实了该模式是一种进行高分辩率数值计算的有效方法. 相似文献
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北部湾是一个半封闭的超浅海。本文在数值试验的基础上，提出了一个研究该海域台风风暴潮的数值模型。数值模式为二维深度平均流模型，采用嵌套细网格技术，细网格分辨率为沿经纬方向０．１°，细网格边界值由粗网格提供。台风风场计算采用Ｊｅｌｅｓｎｉａｎｓｋｉ模型风场．模式方程组的数值解由交替方向隐式（ＡＤＩ）方法积分得到。本文对该海域最常见的两种台风移行所引起的风暴潮进行了数值模拟。与几个潮汐观测站的增水记录比较，计算结果基本上反映了台风引起的水位变化，对研究和模拟该海域台风风暴潮是适用的，可用于该海域风暴潮数值预报试验。 相似文献
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联合第三代浅水海浪模式SWAN和三维海流模式POM,建立考虑海浪影响的三维风暴潮模式,利用该模式,在渤黄海区域,对温带气旋830315诱发的风暴潮进行数值模拟,从海表风应力、辐射应力、底应力三方面入手,对海浪对风暴潮的影响进行了数值研究.研究表明海浪通过风应力对风暴潮水位的影响最为显著,而波致辐射应力与依赖波流相互作用的底应力的影响只在渤海和北黄海相对明显;考虑海浪影响的风暴潮水住过程曲线模拟结果,比不考虑海浪影响的纯风暴潮模拟结果与实测水位曲线吻合的更好,尤其是在减水极值处,其相对误差不超过5.57%. 相似文献
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海浪和潮汐风暴潮耦合过程的数值研究 总被引：1，自引：0，他引：1
海浪和风暴潮是重要的海洋灾害。对它们的精确预测和预报对沿岸海洋灾害的风险评估及海洋工程的设计具有极其重要的社会和经济价值。过去人们本多对波浪和风暴潮单独进行预报。实际上，风既产生浪又产生风暴潮，因此它们的产生必然存在相互作用。本研究的目的就是要建立一个渤海高分辨率的双向耦合的海浪和潮汐风暴潮数值模式，研究各耦合机制的影响，以期为黄河三角洲沿岸风暴潮海浪漫堤、漫滩风险评估提供更为准确的海浪风暴潮预测预报结果。
作者在研究中基于国际上先进的第三代海浪数值模式和潮汐风暴潮模式，建立了渤海2''×2''的海浪和潮汐风暴潮耦合数值模式。耦合模式充分考虑了三个主要耦合物理机制：依赖海浪状态的表面风应力，波-流相互作用底应力和辐射应力。波浪模式主要基于国际上第三代WAM模式，并对其进行了浅水效应的改进，以包括浅水深度破碎引起的能量耗散；潮汐风暴潮模式计算中开边界考虑了10个主要分潮K1，O1，P1，Q1，M2，S2，N2，K2，Sa，Ssa。依赖海浪状态的表面风应力取自Donelan等(1993)的结果,波-流相互作用底应力取自Signell等(1990)对 Grant and Madsen(1979)简化的结果，辐射应力以海浪谱表示。耦合计算中，两个模式通过三个耦合机制双向传递所需参量。
运用胜利油田中心一号观测的2个同步浪、潮、流资料对所建的耦合模式进行了检验，并通过耦合和非耦合模式结果的对比对各耦合机制的影响效应进行分析研究。研究结果表明，不同物理机制对波高的影响主要由能量方程中以辐射应力表示的波流相互作用所决定；在波-潮耦合作用中，依赖波令的表面风应力和辐射应力对水位是正效应，而波流相互作用底应力对水位是负效应。三个物理机制的综合净效应是正，可增加水位达25cm。比较显示，耦合模式的结果无论对波高还是水位都比非耦合模式的结果好，特别在峰值处。
本研究显示耦合模式的结果将改进海浪和风暴潮的模拟精度。所建立的耦合模式将对渤海海浪和风暴潮预报精度的提高，以及为黄河三角洲近岸海浪和风暴潮灾害的风险评估，提供更可靠的参数，具有重要的价值。 相似文献
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基于对POM(Princeton Ocean Model)模式的改进,采用Flather-Heaps干湿网格法和两重网格嵌套的数值计算格式,针对天津近岸海域的地形和易受风暴潮漫滩灾害侵袭的特点,建立了天津近岸海域三维动边界风暴潮漫滩模型,对天津近岸区域台风影响下的风暴潮漫滩进行了数值模拟研究。选取7203,8509,9216,9711号典型台风过程,计算了风暴潮漫滩水位变化,通过与塘沽站点实测数据的比较,计算的增水曲线过程与实测结果吻合较好,基本能够真实反映天津近岸的风暴潮水位变化情况及漫滩范围。研究结果验证了改进POM模式为动边界数值模型并应用于浅海区域是可行性的。 相似文献
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粤东海岸台风风暴潮数值预报 总被引：1，自引：0，他引：1
粤东海岸台风风暴潮数值预报取风暴潮运行的全流方程组及其有限差分方程组，并取Jelesnianski飓风模型，在注意到复杂海岸和海洋边界的同时，采用独特的边界布局、复合开边界及使用简便的固化预报程序处理方法，提出了一组可适用本海岸的台风风暴潮数值预报模式。在闽粤海岸经袭击影响粤东海岸的18场历史台风风暴潮的数值计算试验，有实测增水资料可对比的试验结果中，多数试验的计算与实测台风增水曲线拟合较佳，达到本项目研究的预期目标。试验结果有力地证明了该风暴潮数值模型是可靠的，可加以推广和应用。 相似文献
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就二维浅水体动力方程应用物理意义明确的有限体积法，收敛快而稳定的五对角全隐格式，以及嵌套，变步长的网格和动边界技术，进行二维海流场的数值计算，并研究了开边界为斜断面的定解条件的数值方法和开边界上断面各点水位的计算方法。最后把本数值方法应用于某海岸工程的可行性研究，并验证了这种海流数值计算方法的合理性。 相似文献
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潮滩海域边界适应网格潮流数值模型 总被引：1，自引：0，他引：1
在河口潮滩海域水动力学问题的计算中,为了模拟复杂的地形和岸形,最好采用边界适应坐标和小空间步长的高分辨率计算网格。由此带来的问题是,在非正交的边界适应坐标系中,如果继续采用直角坐标系中的速度分量做为求解未知量,不但给方程组的隐式求解带来困难,而且使潮滩上海水漫滩的干湿格点判断准则变得十分繁琐。本文导出了任意曲线坐标系下普遍适用的速度逆变张量和水位所满足的动力学方程组,从而实现了非正交曲线坐标系下交替方向隐式差分格式,使得在高分辨率的边界适应网格中,仍可采用大时间步长进行计算。速度逆变张量方程的导出同时给潮滩上动边界的实现带来了方便。文中通过数值试验,针对模型的稳定性和精确性与以往显式的适应性网格模型做了详尽的比较研究,从而证实该模型是一种研究河口潮滩动力学问题精确而高效的数值计算模型。 相似文献
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为了计算的省时性,ＩＡＰ近岸海流数值模式采用了分解算法,即将控制方程分解为３个过程并用不同的时间步长进行积分。文章在此基础上对分解后的控制方程作局地线性化,得到了适合不同过程的开边界条件。对于适应过程,控制方程变换为等价的表示沿不同方向传播波动的特征方程。传出计算区域的波动用特征方程来描述,而传入波动则由无反射边界条件来消除。对于演变过程,求出了解析形式的通解。在流出点上,边界条件可以借助解析解由上一时刻区域内部或边界上的已知值求得;而在流入点上,边值保持定常。对于耗散过程,不需要边界条件。最后对所提出的开边界条件进行了数值检验,结果是令人满意的。 相似文献
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联合第三代浅水海浪模式SWAN和三维海流模式POM,建立考虑海浪影响的三维风暴潮模式,利用该模式,在渤黄海区域,对温带气旋830315诱发的风暴潮进行数值模拟,从海表风应力、辐射应力、底应力三方面入手,对海浪对风暴潮的影响进行了数值研究.研究表明:海浪通过风应力对风暴潮水位的影响最为显著,而波致辐射应力与依赖波流相互作用的底应力的影响只在渤海和北黄海相对明显;考虑海浪影响的风暴潮水住过程曲线模拟结果,比不考虑海浪影响的纯风暴潮模拟结果与实测水位曲线吻合的更好,尤其是在减水极值处,其相对误差不超过5.57%. 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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在曲线坐标系下,建立了缓变水深水域波浪传播的数值模拟模型.模型适宜于复杂变化的边界形状,克服了各种代数坐标变换的局限性.在建立模型时,将原始的椭圆型缓坡方程的近似型式——依赖时间变化的抛物型方程,作为控制方程,既克服了一般抛物近似方法的缺点,又便利了方程的求解;从开边界条件、不同反射特性的固壁边界条件相统一的表达式出发,对边界条件进行处理;用ADI法数值求解控制方程.对模型的验证表明,数值解与物模实验值吻合良好,模型对于具有复杂边界的工程实际有较强的适应性. 相似文献
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一个稳态Kalman滤波风暴潮数值预报模式 总被引：4，自引：1，他引：4
利用Kalman滤波资料同化技术将海洋站水位观测资料融入二维线性风暴潮模式中,研制具有资料同化能力的风暴潮预报模式,改进风暴潮模式计算结果.通过在风暴潮模式的动量方程中加入模式噪声项来修正模式本身和气象强迫力的不确定性.确定性模式的输出通过带有观测噪声的观测方程与可利用的海洋站的潮位观测资料联系起来.假定初始的模式噪声和观测噪声满足均值为0的高斯分布,用迭代法得到计算区域的状态向量的稳态Kalman滤波,进而得到风暴潮模式输出的最优线性校正结果.利用这种资料同化技术,对1956年发生在东海的一次强风暴潮过程进行了后报试验,结果表明,该同化方法对短期风暴潮水位后(预)报有一定的改进. 相似文献
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利用POM模式模拟了2007年0303号温带风暴潮在海州湾的增减水过程,以期为风暴潮预报提供参考。模式计算时采用2重嵌套网格,大网格为小网格提供边界水位和边界流速。风场、气压场由连云港观测站实测资料逐步订正后得到。水位计算值与实测结果基本吻合,很好地再现了风暴潮增减水过程。 相似文献