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本文基于时间分布参数设置,利用伴随同化方法,反演了Ekman模型中随时间变化的风应力拖曳系数,并在孪生实验和实际实验中对该方法进行了验证。在孪生实验中,研究了参数反演结果对不同影响因素的响应,包括:风速分布、风应力系数分布、风应力系数初始猜测值、风应力系数独立变量个数、观测数据误差和观测的深度。孪生实验结果验证了伴随同化方法反演Ekman模型中时变风应力系数的有效性,具体包括如下五个方面结论:1)不同风速分布下均能成功反演出不同风应力拖曳系数分布; 2)反演结果对初始猜测值较为敏感,风应力系数初始猜测值越接近给定值,反演结果越好;3)风应力系数独立点个数的选取会显著影响反演结果,合理的选择有利于提高反演效率及减小观测数据误差;4)观测误差能够影响反演结果,观测数据误差在20%以下时能取得合理的反演结果; 5)反演结果对观测数据的表层和次表层流速更为敏感,这是由Ekman流的物理性质决定的。实际实验,利用百慕大锚系试验平台的风速和流速数据,去除周期性潮流和地转流成分后得到Ekman流成分,并作为观测输入到该同化模型,反演出了适用于该区域和该时段的随时间变化的风应力系数。通过比较模拟流速和观测流速,证明利用伴随同化方法能从实测数据中反演出合理的时变风应力系数,对于海洋模型风应力系数的确定是一项有益的尝试。 相似文献
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斜压海洋动力学的一种三维数值模式──Ⅱ.温度、盐度和垂直涡动粘性系数的计算 总被引：2，自引：0，他引：2
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垂直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,水平扩散采用显格式,垂直扩散采用隐格式。时间步长主要受平流过程的Courant-Friedrichs-Lewy条件限制。垂直涡动粘性系数计算依据Prandtl混合长度理论,并考虑了海水层化的抑制作用,因而其数值与流场及密度场结构有关。温度、盐度及垂直涡动粘性系数的计算与动力方程中内模态的计算同步进行。应用本模式模拟渤、黄、东海由潮流、密度流和风海流迭加而成的综合海流,得出了良好的结果。 相似文献
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为了得到一种有效的计算海水涡动黏性的途径,本文基于伴随同化方法,研究了Ekman模型中垂向涡动黏性系数(verticaleddyviscositycoefficient,VEVC)的时间变化。本文推导了时间变化VEVC的优化关系式,并利用理想实验对三个影响因素进行了探究,包括优化算法、初始猜测、观测深度,其主要结论是:(1)梯度下降法的优化效果优于共轭梯度法和有限记忆BFGS(limited-memoryBroyden–Fletcher–Goldfarb–Shanno)法;(2)初始猜测值与实际值接近时,收敛速度更快,反演误差更小;(3)反演结果对表层和次表层的流速更为敏感。本文从百慕大试验站锚泊系统(Bermuda Testbed Mooring, BTM)的数据中提取了Ekman流速,并反演了VEVC的时间变化,实际实验结果表明:(1)对于实测数据而言,仍是梯度下降法优化效果最好;(2)将VEVC设置为时间变化型的反演策略,反演效果优于常数型和深度变化型;(3)该地区VEVC在0.01m~2/s左右。该研究为Ekman流的数值模拟提供了一种确定VEVC时间变化的有效方法,对于其他动力机制的研究具有一定的参考价值。 相似文献
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数据同化反演风应力拖曳系数以及垂向涡动黏性系数的分布 总被引：5，自引：1，他引：5
所作的孪生实验表明:通过利用变分优化控制技术将气象学和海洋学(表层和次表层)的观测资料同化到海洋的埃克曼层模型中,可将未知的边界条件(风应力拖曳系数)和垂向涡动黏性系数的分布同时反演出来. 相似文献
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陆架和浅海环流的一个三维正压模式及其在渤、黄、东海的应用 总被引：17，自引：0，他引：17
本文发展了一种σ坐标下海洋环流的三维正压数值模式,模式中垂直涡动粘性系数由混合长度理论确定,因而可随流场的瞬时垂直结构而变化。计算采用了全部交错的网格结构,对计算稳定性有重要影响的垂直涡动粘性项采用了隐式差分格式。文章应用该模式模拟了渤、黄、东海冬、夏季风生环流,解释了黄海暖流的可能成因,数值计算结果表明,台湾暖流对对马暖流有重要贡献,在东中国东都海域存在南高北低的水位分布,以及地势效应对台湾-对马暖流系统有重要影响。 相似文献
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利用调查数据及遥感数据揭示了2013年南沙群岛海域温跃层的季节变化特征,温跃层上界深度平均值春、夏、冬季基本一致,介于45~47 m之间,秋季最大,达60 m;温跃层厚度平均值夏、秋、冬季基本一致,介于85~87 m之间,春季相对较小,为78 m。温跃层强度平均值春、夏、秋、冬季几乎一致,介于0.13~0.15℃/m之间。调查海域温跃层上界深度季节变化的形成机理为:春季西深东浅的原因是西部受净热通量较小、大风速、负的风应力旋度以及中南半岛东部外海的中尺度暖涡和反气旋环流共同作用,东部近岸海域净热通量高值、风速相对较小及风应力旋度引起的Ekman抽吸效应共同控制;夏季深度分布较均匀的原因是10°N以北风致涡动混合强但受Ekman抽吸影响,10°N以南风致涡动混合弱但风应力旋度为负值;秋季深度较其他季节平均加深15 m的原因是南沙群岛海域被暖涡占据,暖涡引起的反气旋式环流使得温跃层上界深度被海水辐聚下压;冬季正的风应力旋度产生的Ekman抽吸和冷涡引起的气旋式环流共同作用,使得温跃层上界深度较秋季平均抬升15 m。 相似文献
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8309号台风风暴潮和风海流的三维数值模拟 总被引：3，自引：0，他引：3
本文采用Liu and Leendertse的三维有限差分格式,模拟了8309号台风在南海北部引起的风暴潮和风海流。垂直涡动粘性系数采用混合长度理论。计算与实测的台风风暴潮的增水曲线形状趋势和峰值均符合良好。本文着重分析了台风风海流的水平和垂直变化。 相似文献
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本文使用一种简便的三维潮波模式,研究了东海东北部M2潮流的分布,特别是该海域潮流的垂直变化。所得结果与观测符合良好。本研究所用计算方法的主要特点是:1)将潮流的垂直变化作为其深度平均速度的函数求解。2)能应用不同形式的垂直涡动粘性系量。3)有着较好的垂直分解度,尤其是在近底层。所以,该方法不仅能使我们较容易地得到稳定解,而且能较好地反映摩擦对垂直变化的影响。 相似文献
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基于南海东北部1998~2019年的多源卫星遥感数据和风场再分析数据, 较系统地分析了南海东北部涡旋内部叶绿素a浓度的分布特征, 通过量化统计和涡心坐标系参数合成等方法探究了中尺度涡对叶绿素a浓度变化的影响规律及潜在机制。结果表明: (1)南海东北部约有60%的中尺度涡旋内部存在叶绿素a浓度增加和减少的现象。(2)南海东北部中尺度涡内部叶绿素a扰动受到涡旋抽吸和涡致Ekman抽吸机制的共同调控, 其中约有38% (39%)的暖(冷)涡内涡旋抽吸的贡献更大, 21% (24%)的暖(冷)涡内涡致Ekman抽吸的贡献更大。(3)南海东北部中尺度涡生命周期内的海表叶绿素a浓度变化存在显著的阶段性差异, 在冷暖涡的生成期, 涡旋抽吸的作用更为显著, 而在冷暖涡的顶峰和消亡期, 涡致Ekman抽吸的作用更为明显。上述研究结果有助于理解南海东北部初级生产力对中尺度涡的响应过程与机理, 对认识海洋物理-生物耦合过程具有一定的参考价值和研究意义。 相似文献
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基于计算流体力学开源代码Open FOAM开展不同雷诺数(100≤Re≤3 900)下弯曲管体绕流流场三维数值模拟研究。对比分析不同雷诺数条件下弯曲管体的瞬时和时均流场特征,研究了弯曲管体不同位置处的时均压力系数和旋涡脱落频率。结果表明:当Re=100时,尾流中仅有展向涡存在;当300≤Re≤3 900时,流向涡出现且强度逐渐增加,展向涡减弱,随着局部曲率增大,沿弯管展向涡脱强度减小。随着雷诺数的增大,回流区沿流向的延伸尺度减小,但其沿展向的分布范围增大。沿弯管展向随着深度减小,前后驻点时均压力系数的绝对值递减,圆周时均压力系数变化幅度减小。在300≤Re≤3 900范围内,管体曲率会对展向涡脱频率产生一定影响。 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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影响北极冰下海洋Ekman漂流垂直结构与深度因素的研究 总被引：1，自引：0，他引：1
Ekman漂流是上层海洋普遍存在的一种运动形式。本文提出了用实测温盐数据计算冰下Ekman流速的计算方法,与2010年北极考察期间同步获取的海流剖面数据进行比较,获得了满意的结果。基于这个结果,可以通过比较容易获得的温盐数据,计算Ekman漂流垂直结构。海水层化的存在导致在跃层处湍流黏性系数减小,强烈抑制了流速的向下传播,致使Ekman漂流在跃层处完全消失。结果表明,冬季上层海洋漂流会发生在较大的深度上,而夏季海冰拖曳引起的漂流只能达到20～30m的深度。Ekman漂流的深度只与跃层的深度有关,与海冰的漂移速度无关。漂流层变浅意味着海冰拖曳做功产生的能量不能进入海洋深处,而是在很浅的表层水体内积聚,有利于加剧海冰的底部融化。计算湍流黏性系数通常需要密度剖面和流速剖面的观测结果,在只有密度剖面的情况下,可以采用本文的方法计算Ekman漂流,获得上层海洋的湍流黏性系数剖面。 相似文献
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台湾海峡西部海域春季表观耗氧量的垂直分布及其极小值 总被引：1，自引：0，他引：1
根据1984年台湾海峡西部海域综合调查资料,分析了该海区春季表观耗氧量垂直分布的特征。结果表明,AOU垂直分布趋势为上低下高。表层均呈负值(-0.16×10~(-3)～-2.55×10~(-3)),底层1/2测站呈现负值(-0.04×10~(-3)～-2.42×10~(-3));而另1/2测站呈现正值(0～0.86×10~(-3))。AOU垂直分布有极小值的站位通常出现于不同水系的交汇带,其深度在密跃层下界附近。这是由于密跃层下界附近氧的涡动扩散进行得比热的涡动传导为慢的缘故。因而,逐渐增温时,氧来不及释放到大气中,即氧呈过饱和状态。浮游植物量对极小值的形成不起决定性作用,而只能影响极小值的大小。 相似文献
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北部湾潮汐潮流的三维数值模拟 总被引：9，自引：1，他引：9
基于二阶湍流闭合模型计算涡动粘性系数的POM三维水动力模式,采用细网格,考虑6个岛屿、海底摩擦系数进行划片取值,模拟北部湾潮汐潮流.所得潮汐调和常数与81个实测站比较,绝对平均误差:K1分潮振幅为46cm,迟角为9°;O1分潮振幅为56cm,迟角为7°;M2分潮振幅为62cm,迟角为15°.由模拟结果分析出该海区潮汐、潮流、余水位和潮余流,以及水平速度垂直分布等特征. 相似文献
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研究设计了一种二维和三维嵌套、外模态和内模态分离的水动力学数值模式,既可用于潮汐,也可用于风暴潮的数值计算。该模型对全部海区进行二维计算,对其中重点关心的海区同时进行三维计算。在三维计算区域,采用了内、外模态既分离又耦合的计算技术。数值格式采用全部交错的网格结构,三维模型中垂直方向采用σ-坐标代替通常的z-坐标,垂直涡动粘性系数由混合长度理论确定,垂直粘性项采用隐式差分格式。作为算例,本文对南海北部湾潮波进行了细网格的数值计算。 相似文献
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导管推进器是一种普遍应用于无人遥控潜水器（ROV）等潜器中的特种推进器。在桨叶与导管之间的梢隙中存在非常复杂的流动，本研究基于大涡模拟（LES）对导管推进器的梢隙流动进行了数值模拟分析。通过对时间步长的收敛性研究，建立两套基于不同网格类型的计算模型。将计算结果与试验进行对比，比较两种不同类型网格模拟结果的差异发现，切割体网格能够更好地捕捉到泄涡的细节，并结合梢隙流场的原理分析泄涡发展的过程，梢隙涡的驱动力是吸力面与压力面之间的压差。此外，随着进速系数增大，梢隙周向的涡管轴向分布范围减小，主泄涡发生位置延后，泄出涡的长度和数量都有所减少。 相似文献