不同分辨率风场强迫对海洋水动力模拟的影响分析

摘要

海面风场是上层海洋的重要驱动之一，海面风场数据也是海洋数值模拟的重要参数，风场分辨率的大小是影响模拟结果的重要因素。本文利用FVCOM模型，采用高分辨率风场数据以及在该风场基础上生成的新的不同分辨率风场数据，对渤海正压流场进行数值模拟，分析不同分辨率风场强迫对海洋水动力模拟的影响。
　　渤海海面风场的季节特征表现为，秋冬季节风速较大，平均风速为7-8m/s，以偏北风为主，风向较统一，春夏季节风速低，平均风速为4-5m/s，以偏南风为主，风向变化频繁，离岸风速大于近岸风速，这种区域风速差异在秋冬季节更明显。风场空间分辨率的变化规律较一致，主要表现为沿岸海面风速增加，海湾中部等局部海面风速降低数值较大，近岸平均风向变化大于开阔海域，并且随着空间分辨率的变粗，这些变化逐渐剧烈。风场时间分辨率的变化主要表现为海面风场时间连续性的改变，月均风场的变化最大，即各月海面风速和风向保持不变。
　　渤海正压流量值较小，冬春夏季节深度平均流不超过4cm/s，秋季深度平均流达到6.7cm/s，表层流场流速要大于底层流场，渤海海峡以及岸线曲折岬角处流速较强，开阔海域以及三个海湾中部流速一般较弱。表层流场结构受风场、地形和北黄海流场的影响，渤海中部常年存在着较大环状结构，该环状结构的大小、位置、强度以及方向在一年各不相同，冬春夏季节的顺时针结构，在秋季变为逆时针方向，并且秋季环流强度最强，海湾的环流结构受进湾海水和出湾海水的影响，存在单环结构与双环结构的相互转变。底层流场受表层流场水位堆积影响更显著，与表层结构有较大差异。
　　风场空间分辨率的变化对流场的影响，同一实验内，冬春夏季节风场的变化对流场影响较小，使得大部分区域流速降低0.1cm/s左右，局部区域存在流速增加现象，秋季的流速变化量值要大于前三个季节。随空间分辨率的变粗，风场对流场的影响是逐渐增加的，同一月份的不同实验流速变化值范围逐渐增大。近岸区域流速的变化较剧烈，渤海海峡南段出流区域流速变化最明显。表层流场受风应力驱动，流场流速变化与风速变化存在较好的相关。风对海水的影响随深度增加而逐渐降低，底层流速变化小于表层。风场空间分辨率的变化并没有影响开阔海域流场的垂直结构，只是在保持原流向不变的情况下，流速相对减弱，随着风场空间分辨率的变粗，垂直结构上的变化范围逐渐增大，渤海海峡水通量体积逐渐减少。
　　风场时间分辨率的变化对流场的影响，实验4采用的6小时平均的风场与3小时平均风场的流场结果差异很小，实验5采用的24小时平均的风场对正压流场的影响明显，主要表现在表层。月均风场对正压流场的影响最为剧烈，8月和11月大部分区域流场结构发生变化，流速变化极值达到10cm/s左右。月均风场对10-12月渤海水交换体积通量影响显著。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 引言

1．2 风场概述

1．2．1 海洋风场数据

1．2．2 海面风场影响

1．3 存在的问题及本文思路与工作

2 FVCOM模型介绍与配置

2．1 模型介绍

2．2 模型验证与分析

2．2．1 计算区域和模型配置

2．2．2 敏感性实验设计

2．2．3 模型验证

3 风场时空分辨率变化对风场特征影响

3．1 风场的季节特征

3．2 空间分辨率的变化对风场特征的影响

3．3 时间分辨率的变化对风场特征的影响

3．4 本章小结

4 风场时空分辨率变化对流场特征影响

4．1 流场结构及季节变化特征

4．1．1 冬季环流

4．1．2 春季环流

4．1．3 夏季环流

4．1．4 秋季环流

4．2 流场特征对风场空间分辨率变化的响应

4．2．1 表层流场对风场空间分辨率变化的响应

4．2．2 流场垂直结构对风场空间分辨率变化的响应

4．2．3 渤海水交换对风场空间分辨率的响应

4．3 流场特征对风场时间分辨率变化的响应

4．3．1 表层流场对风场时间分辨率变化的响应

4．3．2 流场垂直结构对风场时间分辨率变化的响应

4．3．3 渤海水交换对风场时间分辨率的响应

4．4 讨论与分析

5 结论

6 展望

参考文献

8 攻读学位期间论文发表情况

致谢