基于FVCOM渤海浅水分潮的特征分析

基于非结构有限体积法海洋模型FVCOM,对渤海潮波系统进行数值模拟。利用渤海沿岸共19个潮位站的资料对模拟结果进行验证,计算结果均与实测结果吻合良好。基于此进一步研究渤海3个主要浅水分潮M4、MS4和M6的主要特征,并与前人的研究成果进行对比。结果表明M4和MS4分潮传播特征相似,都存在5个无潮点,其中1个为顺时针旋转,而其余四个为逆时针旋转。对于M6分潮,结果显示存在9个无潮点,两个为顺时针,其余七个为逆时针。M4分潮振幅在近岸处可达25cm,约为M2分潮振幅的10％,MS4振幅次之,M6振幅最小,仅为M4分潮振幅的18%左右。三者振幅均为从外海向近岸迅速增大,表明浅水分潮振幅分布特征与海底地形关系密切。     

全球非结构网格有限体积法海洋模式东中国海潮汐计算初步分析

对全球非结构有限体积法海洋模式(Global-FVCOM)计算的全球海洋潮汐东中国海部分进行了验证。模式与资料的比较范围为24°N到41°N、118°E到132°E。根据计算结果得出了东中国海的M2、S2、K1、O1分潮的同潮图。分潮计算结果与东中国海区域99个实测站点比较结果总体较好,局部区域水深和网格精度欠缺导致偏差偏大。M2分潮振幅均方根偏差为15 cm,迟角均方根偏差为10°,K1分潮振幅均方根偏差为8.2 cm,迟角均方根偏差为9°。初步结果将有利于进一步建立全球多尺度潮流-洋流耦合模型。研究亮点:采用全球一体化的非结构有限体积法模式计算了全球潮汐,东海潮汐比较结果表明模式较好地反演了该地区潮波特征。全球模式的研究有助于加深对全球变化和近海变化的理解,具有广阔的研究前景。     

基于不同风场的台风浪数值模拟

为了检验FVCOM海洋模式模拟台风浪的效果,分别以CCMP风场和WRF模式模拟风场构建驱动台风浪的海面风场模型,基于FVCOM海洋模式,以2010年的"凡比亚"台风为例进行台风浪数值模拟,并用站点浮标资料进行了模拟结果检验。结果表明,FVCOM海洋模式模拟的水位、有效波高结果与实际观测结果的整体误差较小,模拟效果较好;受到风场与地形的影响,最大增水与减水的区域分别位于台风中心的左侧沿岸和右侧沿岸;风场与表面流场的模拟结果也符合台风过程中的风生流分布特征,即风场与表面流场方向、大小存在一致性。此外,对比分析2种不同海面风场模型下的台风浪模拟结果发现,二者均能较好地模拟此次台风过程,但存在一定的差异,增加WRF模式模拟风场作为强迫驱动风场模拟的有效波高更接近观测值。     

基于FVCOM的黄渤海潮波运动的数值模拟

为进一步加强黄渤海潮波数值研究,采用FVCOM海洋数值模式进行试验并对其底摩擦项进行了改进,对黄渤海的潮波运动进行了数值模拟;根据37个潮位站和3个海域海流的实测资料,对比了调和常数、潮位和潮流数据,计算结果均与实测结果吻合良好;通过对计算结果进行准调和分析,绘制了黄渤海的潮汐潮流同潮图、潮汐潮流性质分布图、潮流椭圆图和潮致余流图。结果表明:模拟区域存在4个无潮点和8个圆流点;潮汐主要以半日潮汐为主,全日潮汐分布在秦皇岛外海、海州湾外海和老黄河口近海;潮流主要以半日潮流为主,全日潮流分布在渤海海峡东南部,近岸表现为往复流,外海表现为旋转流。     

长江河口内溢油轨迹的数值模拟研究

构建了海洋与溢油模型相耦合的长江河口的溢油轨迹预报系统,海洋模型能较好模拟该海域的表层流场;溢油模型采用拉格朗日和随机游走的油粒子追踪法,可快速预测油粒子的漂移扩散轨迹和扫海面积。研究表明,大潮时溢油的油粒子的分布范围和扫海面积均比小潮时刻大,在南支溢出的油粒子会漂移到南、北港和南、北槽,对生态环境危害最大,会影响陈行和青草沙两大水库取水口,并对中华鲟和九段沙湿地保护区产生潜在的生态危害;在北支溢出的油粒子主要分布在北支水道和两岸,如果溢油点位于上段会倒灌进南支水道,将会产生较大的生态危害;在南港溢出的油粒子会漂移到南北槽,不会对两大水库和中华鲟保护区产生危害,但会对九段沙保护区造成潜在的危害;在北港溢出的油粒子则会漂移到崇明岛外海,且扩散范围很大,只对中华鲟保护区造成危害。     

基于FVCOM的宁波-舟山海域溶解型危化品泄漏扩散模拟

基于FVCOM数值模型,以宁波-舟山海域相关实测资料为支撑,选取环氧氯丙烷为典型溶解型危化品,模拟该海域突发溶解型危化品泄漏后的扩散行为。模拟结果表明,从不同事故等级来看,一般事故和较大事故危化品泄漏24 h后,环氧氯丙烷浓度基本扩散至安全浓度(0.02 mg/L)以下,重大事故泄漏24 h后仍存在较大(30~190 km2)超安全浓度污染水域;从不同扩散潮时来看,落潮时刻扩散快于涨潮时刻,落潮时刻扩散至安全浓度以下较涨潮时刻快2~6 h;从不同泄漏点来看,册子水道扩散快于镇海码头,其中在册子水道泄漏时,基本沿水道扩散,在镇海码头泄漏时,易在北仑区沿岸、北仑和大榭岛之间滞留。     

潮流作用下人工鱼礁山海域泥沙输运的数值模拟研究

为探究人工鱼礁投放后对海域底质的影响,实验基于海洋数值模型FVCOM (finite volume community ocean model)及其泥沙计算模块,对嵊泗马鞍列岛的人工鱼礁山的流场效应、悬沙和底床泥沙冲淤效果进行了数值模拟研究。数值模型中圆台型堆积人工鱼礁山设置为直径100 m、高度10 m,将人工鱼礁山部分简化为密闭空间并减去相应高度的水深,以体现潮流作用下鱼礁山周围的泥沙悬浮、底床冲淤效应。通过对大小潮期间涨急、落急时刻流场的分析,结果发现鱼礁山对流速的影响主要体现在鱼礁山附近,礁体上方及潮流主轴两侧的底层流速增加,背流面一侧流速大幅减弱。鱼礁山投放前后悬浮泥沙含量的差异与流场变化趋势比较接近,最大值不超过0.01 g/L。海床的泥沙冲淤结果在人工鱼礁山周围表现为沿涨、落潮主轴方向淤积,两侧冲刷,冲淤结果在±0.5 m左右,且水平影响范围在鱼礁山2倍直径,即约200 m以内,由人工鱼礁引起的泥沙输运过程是一个局部变化过程。研究表明,为避免局部过度冲刷,需对鱼礁山潮流椭圆短轴侧的附近海底使用特殊护底型礁体进行加固处理。潮流速度过大、且底质易严重冲淤的海域不适合建设人工鱼...     

规模化透水性人工鱼礁阻流效应的数值模拟

为在大尺度海洋模型中合理体现透水性人工鱼礁组合，基于海洋数值模式FVCOM（finite volume community ocean model）模拟了大陈岛拟建人工鱼礁区的水动力情况，比较了阻滞力法、实心礁法和附加底摩擦法在投礁前后的垂向流速、礁顶平面流速、水体向上输运通量和背涡流体积的差异，并根据投礁前后的流速差异，应用经验公式预测了投礁一年后底床泥沙冲淤情况。数值模拟结果表明，礁体组合迎流面产生上升流，礁体背流面流速减小，涨急时刻所形成缓流区长度在礁体组合长度20倍以上，年底床淤积厚度约0.05 m。阻滞力法以减少来流的动态功率密度来模拟礁体对水流的阻滞作用，可有效合理地实现对透水性人工鱼礁流场效应的模拟，避免了实心礁法在透水性鱼礁模拟中过高估计流场效应的问题，也没有附加底摩擦法只适用于低矮礁体的缺陷。阻滞力法可根据透水性礁体的造型、迎流面积、组合个数、布放方式和所处水层而设置各向和各水层的阻流参数，不仅适用于置底型透水性鱼礁，也适用于浮鱼礁。阻滞力法的建立、完善和应用对于今后的人工鱼礁水动力学和生态动力学研究具有重要意义。