基于FVCOM的夏季珠江冲淡水年际变化特征

珠江冲淡水对南海北部的物理、化学以及生物特性具有十分重要的意义。本文以1993至2012年连续20年的FVCOM(The Finite Volume Community Ocean Model)模型后报模拟数据为基础,将海表盐度32等值线与岸线所围面积定义为珠江冲淡水的扩展范围,对珠江冲淡水在夏季(6月、7月和8月)的年际变化特征进行研究,并分析了南海季风和珠江径流量等因素对珠江冲淡水的影响。在西南风和较大的珠江径流量的作用下,夏季是珠江冲淡水同时向粤西和粤东两侧扩展的唯一季节,冲淡水扩展范围最大,且夏季珠江冲淡水的扩展形态和扩展面积具有明显的年际变化特征,1994年的东风异常极大增强了冲淡水的西向扩展。通过对2008年台风“风神”的分析,发现热带气旋引起的表层对流和垂向混合对珠江冲淡水具有明显的作用,但是由于其持续时间较短,对年际变化的影响并不显著。1998年夏季的强厄尔尼诺事件导致6月、7月和8月均出现了西南风异常,强西南风阻碍了冲淡水的西向扩展,促进了区域的上升流和表层流。

基于FVCOM的普陀山潮流能试验区数值模拟

国内外关于潮流能试验场小范围海域流场特性研究中,缺乏高精度的数学模型模拟真实环境下的水动力特性。本文基于非结构化网格的有限体积海洋数值模型(Finite-Volume Coastal Ocean Model,FVCOM),建立舟山及普陀山-葫芦岛潮流能试验场水域潮汐潮流数值模型,采用大范围区域潮位验证率定模型后得到更精确的小范围开边界条件嵌套小范围区域进行潮流计算。通过4个测站大、小潮的拟合数据和实测潮位、潮流流速、潮流流向数据进行对比,调整装置附近局部区域底摩阻取值,从而概化装置的影响,同时对小范围的潮波传播规律及流场水动力特性进行分析。结果表明:潮流能试验区所处海域潮汐类型为不规则半日潮,潮流以往复流为主;潮流运动传播主要方向为SSE—NNW向,该海域潮流特性空间差异明显;左岸龙南礁内湾区涨潮时呈逆时针传播,落潮时漩涡反向,右侧大龙山咀湾区涨落潮时均无明显涡旋。本研究可以为试验场海域潮流能发电装置阵列布放优化提供理论参考。

FVCOM与POM在黄渤海潮波数值模拟的对比研究

FVCOM与POM是在中国海域应用较为普遍的两种海洋模型,两种模型的网格划分方式不同,FVCOM采用非结构化网格,POM采用结构化网格。利用黄渤海沿岸共37个验潮站的资料对模拟结果进行验证对比,并结合前人的研究,发现FVCOM与POM均能较好地模拟黄渤海海域的潮波系统,两者的数值模拟结果相似,但也有不同。将FVCOM与POM两种海洋模型计算结果与37个验潮站实测数据调和分析出的M2分潮振幅和迟角进行拟合对比分析,表明FVCOM模式在黄渤海海域潮汐模拟的效果要优于POM模式。

基于FVCOM的辽东湾水动力特性数值模拟

辽东湾属于半封闭性海湾,水动力过程具有一定的代表性。本文基于无结构化三角形网格的有限体积海岸海洋模型FVCOM(Finite-Volume Coastal Ocean Model),构建了辽东湾及其邻近海域的三维水动力数值模型,并利用实测数据对6个潮位验潮站、4个潮流验潮站的大小潮时刻的潮位、流速、流向进行了对比验证,该模型能够准确地模拟辽东湾的潮汐、潮流等水动力场情况,可进一步为研究辽东湾温盐、泥沙、水质、污染物扩散等提供研究基础。

基于FVCOM多种定解条件的数值分析与评估

利用7套温盐初始场、5套开边界强迫场海洋数据产品与温盐流观测数据,基于有限体积海岸模型(Finite-Volume Coastal Ocean Model,FVCOM),开展数值模型的初始场敏感性试验与开边界敏感性试验,定义一个分叉角度指标描述黄海暖流分叉特征,利用小波分析和功率谱分析方法研究分叉角度的冬季季节内变率,进而分析冬季东中国海的流场结构,包括黑潮、台湾暖流、对马暖流等的路径、来源特征。结果表明:在渤、黄、东海中,使用涡解高精度海洋模型(OGCM for the Earth Simulator,OFES)的再分析数据作为温盐初始场,以及使用简单海洋数据同化资料(Simple Ocean Data Assimilation,SODA)作为开边界强迫场时,温盐流与观测值综合偏差最小,FVCOM的冬季数值结果最可靠;使用分叉角度指标可以直观地描述冬季黄海暖流的消退变化,受风场影响,分叉角度存在3 d、5~8 d的强周期变化。

基于FVCOM的廉州湾及周边海域三维潮汐潮流数值模拟

基于采用不规则三角网格和有限体积方法的FVCOM模式,建立廉州湾三维潮流数值模型来重现廉州湾及周边海域的潮位和潮流变化状况。根据模拟结果计算得到了较以往更为精细的廉州湾及周边海域K_1、O_1和M_2分潮的同潮图,并计算了由此3个分潮引起的潮汐不对称的变化情况。K_1和O_1分潮在廉州湾外主要以驻波的形式存在,进入廉州湾后转化为前进波;M_2分潮在廉州湾外主要以前进波的形式存在,进入廉州湾后前进波特征更为明显。K_1和O_1分潮流在廉州湾外以旋转流为主,在廉州湾内以往复流为主;M_2分潮流在整个研究海域以往复流为主。由潮余流场的分布特点可以看出自南向北由外海进入廉州湾的潮余流,在冠头岭处分为两支,一支逆时针转向西,另一支被冠头岭阻挡在其南侧形成顺时针封闭环流。在廉州湾内部同时存在2个环流系统,湾顶的气旋式环流和口门处的反气旋式环流。

基于FVCOM的太湖梅梁湾夏季水温、溶解氧模拟及其影响机制初探

水体中的溶解氧是表征水生生态系统健康与否的重要参数之一.本研究基于太湖2008年8月16 20日的风速、风向、短波辐射等气象场资料以及实测的相关水质参量,利用FVCOM(即非结构化网格有限体积近海海洋模型)模式对太湖梅梁湾三维水温以及水体中溶解氧进行模拟,模拟结果与实测值基本吻合,水温的验证回归方程为y=1.02x,R2为0.690;溶解氧的R2为0.760.同时对溶解氧浓度的时空分布,梅梁湾溶解氧的"源"和"汇"及其贡献进行了分析.结果表明:太阳辐射、风速是影响水温日成层现象的重要因子;受水温和光照的影响,夏季梅梁湾的溶解氧存在垂直差异,呈现出"双峰双谷"的日变化特征;浮游植物光合作用制氧是水中溶解氧的最重要来源,水下光衰减直接控制着初级生产力的垂直分布;浮游植物呼吸及死亡是溶解氧的最大消耗者,余下依次为底泥耗氧、碳化需氧、细菌呼吸耗氧和硝化作用耗氧.

基于FVCOM的南海北部海域潮汐潮流数值模拟

基于非结构三角形网格的FVCOM(finite-volume coastal ocean model)数值模型,对南海北部海域的潮汐、潮流进行了精细化数值模拟研究,并根据模拟结果详细分析了M2,S2,K1,O1分潮的潮汐和潮流特征。研究结果表明:神泉港到甲子港海域表现为正规全日潮性质,珠江口附近海区潮汐以不正规半日潮为主,其他海域主要表现为不规则全日潮;陆架海域和深水海域主要表现为往复流,陆架坡折区存在较强的旋转流,陆架坡折区为不规则半日潮流和不规则全日潮流的分界线;东沙群岛附近海域以不规则全日潮流为主,旋转方向为顺时针;整个海域的最大流速分布与等深线基本平行,东沙群岛附近速度明显变大,最大值出现在台湾浅滩附近,最大值超过70 cm/s;南海潮波系统以巴士海峡传入的大洋潮波为主,分为三支潮流,以不同的形式进出南海北部海域;余流在台湾浅滩附近达到最大,超过6 cm/s,自南向北进入台湾海峡,近岸余流自东向西沿岸流动。本研究在东沙群岛周边的模拟结果与前人基于实测资料的分析吻合较好,并且由于采用了高精度的三角网格,本文对东沙群岛周边海域的潮汐潮流结构和性质的刻画和分析是迄今为止较为精细的,同时本研究还提高了对沿岸验潮站调和常数的模拟精度。

FVCOM在龙口海域潮汐潮流模拟中的应用研究

利用不规则三角网格和有限体积方法的FVCOM(finite-volume coastal ocean model)模式,建立了高分辨率的龙口海域三维潮汐潮流数值模型,模式结果与实测结果吻合良好。根据计算水位和流速得到了精细的龙口海域M2,S2,K1,O1分潮的同潮图、潮汐潮流类型分布图和潮流椭圆分布图等。结果显示,龙口海域潮汐类型主要为不规则半日潮;屺姆岛以北海域多为往复流而龙口湾内同时存在旋转方向不同的旋转流;最大可能流速分布与岸线和等深线几乎平行,最大值出现在桑岛南侧的狭窄水道;该海域的潮汐余流极大值出现在屺姆岛的西侧,余流流速可达25 cm/s。该结论对于了解龙口海域的动力过程具有重要意义。

基于FVCOM的厦门湾及其周边海域三维潮流数值模拟

基于非结构三角形网格、干-湿判别技术和有限体积法的FVCOM(finite volume coastal oceanmodel)海洋数值模式,建立了厦门湾及其周边海域高分辨率(30 m)的三维潮汐、潮流数值模型.模拟结果同该海域2个验潮站和4个连续海流站的观测资料符合良好,较好地反映了厦门湾及其周边海域潮汐、潮流运动的变化状况和分布特征,并给出了M2、S2、K1、O1共4个主要分潮的同潮图、表层潮流椭圆、最大可能潮流流速及表、底层潮余流分布.厦门湾及其周边海域属正规半日潮类型,4个分潮的最大潮汐振幅分别为200、65、36、29 cm,厦门湾内外迟角差分别为20°、25°、18°、10°;镇海角至围头角连线东南侧湾口区为逆时针旋转的驻波,西北侧湾内为前进潮波.湾内潮流属正规半日潮流,湾口区潮流以逆时针方向的旋转流运动为主,湾内各水道为往复潮流,椭圆长轴与水道走向一致,4个分潮流表层最大流速分别为201、51、34、25 cm/s;九龙江口区3条港道内的流速以南港最大;表层余流大于底层余流,二者水平分布形态基本一致,都为北进南出.

基于FVCOM模式钱塘江河口涌潮三维数值模拟研究

应用FVCOM模型进行钱塘江涌潮的二维和三维数值模拟,并使用2007年10月大潮期间的现场观测结果进行模型验证。结果表明,平面二维模拟结果与实测值吻合较好,与基于Godunov算法求解钱塘江涌潮二维特征的结果基本一致。三维计算结果再现了流速在垂向上的差异,以及在落潮转向涨潮时刻,涨潮先从底部开始,垂向上从底层向表层逐步从落潮流转为涨潮流。敏感性分析显示模型网格大小和曼宁系数的选取对模拟结果有较大的影响。

基于FVCOM的杭州湾三维泥沙数值模拟

应用FVCOM建立了三维潮流泥沙数学模型,根据实测水文资料,对杭州湾开展了三维潮流泥沙验证,结果基本满意.应用模型计算了杭州湾大潮期间涨落潮泥沙输运过程,通过平面、立面的泥沙分布特征,成功再现了杭州湾潮流泥沙的运动过程.尽管模拟精度达不到平面二维模型的水平,但为三维潮流泥沙模型在强潮河口湾的应用作了重要的探索,通过进一步完善模型参数及分析,模型可以应用于涉水建筑物对附近三维水沙影响的分析评估,可为强潮河口湾开发、水环境保护及生态建设等提供更加丰富的研究成果,具有广阔的应用前景.

基于FVCOM的渤海潮波数值模拟

基于有限体积法海洋数值模型(FVCOM),对渤海当前水深岸线状况下的潮汐潮流进行了数值计算。模式采用不规则三角形网格,较好地提高了黄河口处网格分辨率,模拟了渤海海域K1,O1,M2和S2四个主要分潮。利用渤海沿岸19个验潮站的资料对模拟结果进行了验证,K1分潮振幅绝均差2.39 cm,迟角绝均差4.36°,O1分潮振幅绝均差1.40 cm,迟角绝均差4.29°,M2分潮振幅绝均差为3.55 cm,迟角绝均差为5.69°,S2分潮振幅绝均差1.72 cm,迟角绝均差8.86°,结果显示各分潮模拟结果合理,较真实地反映了渤海海域四个分潮传播情况。

基于FVCOM模式的温排水三维数值模拟研究

为反映河口海湾温排水所具有三维结构特征,在基于三维非结构有限体积海岸和海洋模型(FVCOM2004版)建立的三维潮流数值模型基础上,采用类似的有限体积法开发了一个三维温排水对流扩散模型用于模拟近岸海域温排水的扩散输运过程,并应用该模型对象山港内某滨海电厂的温排水进行了计算,模拟得到了温排水对流扩散过程的三维分布特征,即电厂冷却水温排放后,温差所产生的浮力效应使温排水趋于海水上层输移,海水上层温升与深层温升存在明显的垂向差异。

基于FVCOM的象山港海域潮汐潮流与温盐结构特征数值模拟

基于有限体积法的FVCOM模型,建立了象山港海域的三维潮汐潮流和温盐数值模型,计算中考虑了潮流、风、太阳辐射和径流因素的影响。模拟结果与2009年的监测资料进行了对比验证,结果表明建立的模型可以模拟该海域的水流运动和温盐分布特征。通过对数值结果分析得到了该海域的同潮图、潮流椭圆图、潮流性质和温盐分布等。结果表明,象山港的潮汐属于非正规半日浅海潮;M2分潮流椭圆长轴从口门到湾顶逐渐减小,其走向与岸线的方向基本一致;狭湾内呈现往复流特征而口门外开阔海域呈旋转流特征。湾口和湾顶部有着显著的温度差和盐度差,海水温度由湾口向湾顶部逐渐增大,盐度分布则正好相反。狭湾内距离湾口不同位置的横向温度、盐度垂向分布结构特征各不相同。

近海水动力要素对入侵台风响应的FVCOM数值模拟研究

基于无结构三角网格和有限体积法的FVCOM区域海洋模式,建立了长江口、杭州湾三维典型风暴潮研究模型。首先对研究海域模拟的潮汐潮流要素进行验证和讨论,结果表明:该模式可较好的再现长江口杭州湾的水动力状况;其次统计并分析近年来影响长江口杭州湾海域的22个台风个例,归纳出两类直接入侵长江口、杭州湾并造成显著增减水的台风:正面登陆型与沿海北上型。在此基础上建立两种典型风暴潮模型(台风原型为TC9806和TC0012)。模拟的海域水动力要素对台风的响应显示:风暴潮过程中海表余水位在近岸出现显著增、减水,去除潮汐成分的余水位增水可高达近1 m。台风强风场引导表层余流的流向,主导表层余流流速,与岸界地形及径流综合作用,在台风前部强风驱动下,其下表层余流形成急流带,流速可达1～1.5 m/s。垂直方向上余流最大梯度出现在近岸浅水区5～6 m深度。台风过程造成了海表急流动量下传,深度直达海底。

FVCOM模型关键参数的处理及其在涌潮模拟中的应用

通过改进海床阻力系数和设置合适的垂向紊动背景系数,应用FVCOM模型成功再现了钱塘江河口强涌潮的演进过程。海床阻力系数采用Manning公式形式,取值随水深、地形在0.000 2~0.002 9之间变化;垂向紊动背景系数取1×10^(-4) m^2/s。模拟结果较好地复演了涌潮到达时刻、涌潮高度及涌潮抬升过程、涌潮水平流速以及其沿垂向分布规律,表明阻力系数及垂向紊动背景系数等关键参数的改进和处理是合理的,可应用于涌潮三维潮流运动特征模拟。

基于FVCOM的渤、黄海M_2分潮的数值模拟

本文基于有限体积方法的海洋数值模式FVCOM,对渤、黄海M2分潮潮汐、潮流进行数值模拟。模式水平采用不规则三角形网格,较好地拟合曲折岸线并提高近岸海域的网格分辨率;底摩擦采用数值模式同化结果,较真实的反应了海底实际底摩擦状况;采用干/湿处理模块,可以较好模拟近岸的潮汐潮流。通过沿岸19个验潮站M2分潮潮汐调和常数的实测值与计算值的对比,振幅平均误差为5.6 cm,位相平均误差为6.1(°),模拟值与实测值较为接近。表层潮流椭圆的分布,基本反映了渤海及黄海北部的潮流特征。

基于FVCOM的虎门水道盐水入侵三维数值模拟

采用不规则网格有限体积近岸海洋三维模型FVCOM(finite volume coastal ocean model),对2001年虎门水道至伶仃洋的盐水入侵现象进行数值模拟,并采用多个站的实测潮位、盐度对模型进行了率定和验证,然后对其水动力特性、盐度的时空变化规律及其垂向分层现象进行分析。结果表明,水位的模型预测值与实测值之间的相关系数达到0.93以上,绝对平均误差小于0.1m;盐度模拟的相对误差能控制在10%以内;大虎站表底层的流向较为一致,盐度表现出明显的分层现象;而漳澎站多次出现表底层流向相反的情况,盐度的垂向混合较充分;文章构建的模型能够较好地模拟盐水入侵的最大距离,虎门水道大潮时入侵距离和强度均大于小潮时,盐水楔活动受潮流强弱变化影响显著。

基于FVCOM的鹤地水库环流特性模拟研究

采用FVCOM模型,考虑径流与风的影响,模拟鹤地水库2013年1月至2014年3月的环流。模拟结果与2014年3月实测流速值符合良好。对比2013年纯径流、不同定常主导风以及2013年实际径流与风场作用下的环流,结果显示:1不同主导风作用呈现出不同环流结构。在NNE风持续作用下,库区呈现出多个较大的逆时针环流,西岸流普遍比东岸流强;而在S、SSE风下,则出现多个逆时针与顺时针环流交替,且东岸流普遍比西岸流强;2在冬半年,径流弱而风力较大情况下,风成为水平、垂向环流作用主导因素;而夏半年,径流较强劲,此时风向多与径流流向相反,水库水平、垂向环流则主要受径流控制;3库区全年平均主要以逆时针环流为主,并形成较强沿岸流,西岸流比东岸流更强。