申请/专利权人：天津大学

申请日：2020-07-15

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN111859748B

主分类号：G06F30/23

分类号：G06F30/23;G06F17/12;G06F17/16

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2020.11.17#实质审查的生效;2020.10.30#公开

摘要：本发明公开了一种基于垂向混合坐标的海洋内波模拟方法：1构建基于垂向混合坐标的非静力海洋模式控制方程组；2根据构建的基于垂向混合坐标的非静力海洋模式控制方程组建立基于垂向混合坐标的非静力海洋模式；并且，获取内波相关数据，对所建立的基于垂向混合坐标的非静力海洋模式进行初始化处理；3采用建立的基于垂向混合坐标的非静力海洋模式模拟内波，获得内波数据；4对获得的内波数据进行分析，用于对海洋内波进行预报。本发明把z坐标和σ坐标统一到一个非静力数值模型中，在保持各自优点的同时，弥补各自的缺陷，可提高利用非静力海洋数值模式模拟预报内波的精度。

主权项：1.一种基于垂向混合坐标的海洋内波模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，构建基于垂向混合坐标的非静力海洋模式控制方程组，包括：基于任意因变量在z坐标系和垂向混合坐标系间的转换关系，得到基于垂向混合坐标的非静力海洋模式控制方程组，所述基于垂向混合坐标的非静力海洋模式控制方程组包括连续性方程、动量方程、温盐方程、湍方程和状态方程：1连续性方程有两种形式，如式1和式2所示： 式中，u为x方向的速度分量；v为y方向的速度分量；w为z坐标系中z方向的速度分量；ω为垂向混合坐标系中垂向速度分量，ω＝w-sx+ηxu-sy+ηyv-st+ηt； η为水位；s为垂向混合坐标系中的垂向坐标；k为垂向网格的编号；x、y为水平坐标，z为z坐标系中的垂向坐标，t为时间；2动量方程包括水平动量方程和垂向动量方程，所述水平动量方程如式3和式4所示，所述垂向动量方程如式5所示： 式中，f为科氏参数；g为重力加速度；ρ0为参考密度；ρ′为海水扰动密度；dk′为积分微元；Q为动压；KM为垂向湍粘性系数；Fx-s为u的水平粘性项；Fy-s为v的水平粘性项；3温盐方程如式6和式7所示： 式中，T为海温；KH为垂向湍扩散系数；FT-s为温度的水平湍扩散项；R为短波辐射通量；S为盐度；FS-s为盐度的水平湍扩散项；4湍方程如式8和式9所示： 式中，q2为湍动能的2倍；Kq为垂向湍流混合系数；为绝热递减率修正后的垂向密度梯度；q3为l为湍流混合长度；Fq-s为湍动能的水平湍扩散项；B1、E1、E3均为经验参数；为面壁近似函数；Fl-s为湍混合长的水平湍扩散项；5状态方程如式10所示：ρ＝ρT,S,P10式中，ρ为海水密度；P为压强；步骤2，根据步骤1构建的基于垂向混合坐标的非静力海洋模式控制方程组建立基于垂向混合坐标的非静力海洋模式；并且，获取内波相关数据，对所建立的基于垂向混合坐标的非静力海洋模式进行初始化处理，其中，所述的内波相关数据包括研究区域的地形、温度、盐度、密度、风场、降水和正压潮；步骤3，采用步骤2所建立的基于垂向混合坐标的非静力海洋模式模拟内波，获得内波数据，其中，所述的内波数据包括各方向流速、海温、密度、动压和水位、湍动能、湍流混合长度、垂向湍粘性系数和垂向湍扩散系数；基于垂向混合坐标的非静力海洋模式利用分列算子将基于垂向混合坐标的非静力海洋模式控制方程组中不同的物理过程分开计算：步骤3-1，显格式求解基于垂向混合坐标的非静力海洋模式控制方程组中的水平动量方程的平流项、科氏力项、斜压项和水平扩散项；步骤3-2，隐格式求解基于垂向混合坐标的非静力海洋模式控制方程组中的水平动量方程的垂向扩散项；步骤3-3，隐格式求解水位；步骤3-4，求解垂向混合坐标系中水位压强梯度力作用后的垂向速度和z坐标系中水位压强梯度力作用后的垂向速度步骤3-5，隐格式求解动压；步骤3-6，求解下一时刻的x方向的速度分量un+1、下一时刻的y方向的速度分量vn+1、下一时刻的z坐标系中z方向的速度分量wn+1以及下一时刻的垂向混合坐标系中垂向速度分量ωn+1；步骤3-7，求解基于垂向混合坐标的非静力海洋模式控制方程组中的湍方程式8和式9；步骤3-8，求解基于垂向混合坐标的非静力海洋模式控制方程组中的温盐方程式6和式7；步骤3-9，求解基于垂向混合坐标的非静力海洋模式控制方程组中的状态方程式10；步骤3-10，重复步骤3-1至步骤3-9直至满足内波模拟所需要的总的时间积分步数，输出内波数据；步骤4，对步骤3获得的内波数据进行分析，用于对海洋内波进行预报。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 天津大学 一种基于垂向混合坐标的海洋内波模拟方法

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