渤黄海潮汐潮流精细化数值模拟及可视化预报系统.pdf

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1、第28卷第4期2011年08月海洋预报MARrNEFORECASTSV01．28．NO．4Aug．2011渤黄海潮汐潮流精细化数值模拟及可视化预报系统冯兴如1,2,3，尹宝树1’3，杨德周1’3(1．中国科学院海洋研究所，山东青岛266071；2．中国科学院研究生院，北京100049；3．中国科学院海洋环流与波动重点实验室，山东青岛266071)摘要：利用有限元海洋模式ADCIRC(AdvancedCirculationModel)，建立了高分辨率的渤黄海二维潮汐潮流数值模型，该模型以M2，S2，

2、K1，01等8个分潮的水位作为驱动，模拟出了该8个分潮的潮汐潮流调和常数；利用该调和常数预报的潮位和二维平均潮流与实测资料相比，符合较好；利用模拟得到的潮汐潮流调和常数，以Matlab为平台，建立了能独立运行的可视化潮汐潮流预报系统，该系统可以预报渤黄海任意时刻、任意地点的潮位和平均潮流，并且可以查询渤黄海任意地点的部分潮汐特征值，该系统运行快捷，使用方便，可为海上作业提供环境预报服务。关键词：ADCIRC模式；潮汐潮流预报系统；渤黄海中图分类号：P731文献标识码：A文章编号：1003—0239

3、(2011)04—0065．051引言潮汐潮流对人类在近岸的活动有着很大的影响，因此潮汐潮流的预报是一个海洋研究中重要而久远的话题。传统的方法一般采用潮汐潮流图表，这种方法只能预报有限站位，使用不方便，且不适合外海使用，因此开展区域海洋的微机化潮汐潮流预报系统就显得非常有必要。方国洪等“1在2005--2006年期间通过同化高度计和沿岸站的资料，得到了分辨率为5’X5’的潮汐潮流预报产品，该预报产品覆盖了我国近海各海区，可预报任意时刻和地点的潮汐潮流；中国海洋大学开发的Chinatide旺1潮汐预

4、报软件，可以对中国近海各海区和日本海的一部分进行潮汐预报，其分辨率也是5’×5’。但是近岸地形和岸线复杂，5’×5哟分辨率有时不能满足要求，因此在近岸开展更高分辨率的潮汐潮流数值模拟及预报系统的开发就非常有意义。非结构网格的海洋模式能够对岸线复杂，地形变化剧烈的海域进行高分辨率的模拟，因此其越来越多地被用来进行近岸和河口的数值研究。例如，王培涛等p1利用基于三角形网格的ELCIRC(3DEulerian—LagrangianCirculation)海洋模型，对黄渤海的温带风暴潮进行了高分辨率的数值

5、模拟；冯兴如等”I利用有限体积海洋模式FVCOM(FiniteVolumeCoastandOceanModel)对龙口海域的潮汐潮流进行了精细的数值研究。本文首先利用非结构网格的有限元海洋模式ADCIRC(AdvancedCirculationModel)”1模拟得到渤黄海近岸高分辨率的潮汐潮流调和常数，然后基于这些调和常数，以matlab为平台开发了一套可视化的潮汐潮流预报系统。2ADCIRC模式简介及设置ADCIRC是美国北卡罗来纳州大学开发的有限元海洋模式，该模式可以采用笛卡尔坐标，也可以采

6、用球坐标，有二维和i维两种运行方式。该模式采用．j角形网格，易于拟合边界，可以对岸收稿日期：2010一11一Ol基金项目：中科院创新项目(KZCX2一Yw—BR一215-3)；中科院创新项I孵(KZCX2一YWQ07—01)；国家“908”补充调查项目(908—01一BCI2)；“908⋯‘风暴潮灾害对沿海地区社会经济发展综合评价”(908—02—03—02)作者简介：冯兴如(1984-)，男，博士研究生，主要从事浪流相互作用研究，E—mail：fengxingru07@qdio．ac．ca线复杂

7、的海域进行高分辨率的数值模拟。二维ADCIRC模型采用沿水深积分的时均连续方程和运动方程，其表达式为：睾+掣+掣：0tTtox砂罾+u警+矿等∥=一岳侩+盯一砌圳}+南一奄”t～t罾+u警+矿芳+∥一茜侩+嚣一砌Ⅷ}+南一者+Dy～，其中，t为时间，X和y分别为X轴和y轴方向，<为从平均海平面起算的水位高度，u和v分别表示X和Y方向垂向平均流速，H为总水深，f为科氏力系数，P。为表面大气压力，po为水密度，g为重力加速度，n+丫)表示牛顿潮势和固体潮作用，T。和k表示表面风应力和波浪辐射应力的X和

8、Y向分量，‰和～、D，和Dy、B，和B，分别代表底部切应力、扩散项以及斜压梯度的x和Y向分量。本文采用的是二维球坐标系，模式的分辨率由渤黄海海中央的5’逐渐过渡到近岸的1’(见图1)，一共61357个节点，117265个三角形网格。边界上采用M2，s2，K1，01，N2，S2，PI，Q1共8个分潮的调和常数预报的水位作为驱动，边界上的调和常数来自NA099潮汐模型”1。模式时间步长为10s．3模式结果与验证28拄模式一共运行50天，采用后40天的数据进行调和分析。得到了和边界驱动对