近海海洋环境数值预报模式

1潮流预报模式、溢油漂移扩散的数值模式、悬浮泥沙漂移扩散的数值模式、数值预报模式的技本标准适用于进行近海海洋环境数值预报，其他方式的海洋环境预报、评价，或远海海洋为了真实地、客观地再现某特定海域的海洋环境状况，根据该海域的有关参数和大量实测资料，借助计算机技术，以数理基础、计算数学等方法求解，数值拟合导出表示该海域环境要从数值模拟导出的表示特定海域环境要素时、空变化和要素关系的数理方程式出发，根据一定的定解条件，将方程及边界条件离散化，使其转化为一个代数方程组；求解该代数方程组可以得到相关海洋要素的量值；并编制与数据处理用硬件设备兼容、可完成上述过程的软件程根据海洋的实际情况，在一定初值和边界条件下，通过数值计算，求解描写海洋环境演变过程的流体力学方程组，来预报未来海洋环境要在数值预报进行数值计算时，由于计算区域的限制或海陆变换等原因，需人为给出特定计在数值预报进行数值计算时，计算区域内产生的扰动能通过它自由传播出去而不影响或破在数值预报进行数值计算时，计算区域内产生的扰动不能通过它自由传播出去的一类计算2SWAN在考虑有流场影响时，只有波作用量N(σ,θ)（能量密度E(σ,θ)守恒。N(σ,θ)随时间、空间而变化。在笛卡尔坐标系下，波作用量平衡方程见公式（1）。CxN+CyN+CσN+CθN=…其中，Cx、Cy、Cθ和Cσ分别代表在x、y、σ和θ空间的波浪传播速度，见公式（2）x…y………S=Swind(σ,θ)+Sds+Snl…（6）xx,Uy)——流速，单位为米每秒（m/sd——水深，单位为米（ms——沿θ方向空间坐标；算子.▽x,y3（6）式中，Swind(σ,θ)——代表风、浪间相互的作用；POM模式是采用在x-y-σ坐标系，即模式基本控制方程见公式（78910111213=0…dσ+FX…4dσ+Fy…+Fq…+E1!………式中：H——水深，单位为米（m水平粘性和扩散项公式见公式（1415161718192021……=2AM…=τyx=AM…5τyy=2AM……qxH…qyH…上式中，τxx，τyy，τxy——切应力，单位为牛每平方米（N/m2）。a)垂直边界，计算公式见公式（222324σ→0………………σ→1…其中，CZ=MAX………………σ→0………σ→1………(q2(0),q2!(0))=(B12/3u(0),0) （28） （29）b)水平边界…6其中，fi——第i个分潮（共取四个分潮：M2、S2、O1、K1）的交点因子；、y）=0…+fv-…………-fu-…………H——H=ξ+H0为水深（H0为从平均海平面算起的水体深度单位为米（mf——f=2wsinΨ为科氏系数（w为地球自转角速度，Ψ为纬度g——为重力加速度，单位为米每平方秒（m/s2τsx，τsy——水面的风应力,单位为牛每平方米（N/m27…其中，fi——第i个分潮（共取四个分潮：M2、S2、O1、K1）的交点因子；模式采用动边界，即在每一计算步检查计算置。选定一标准水深H0（通常H0=0.1m～0.3m当在某一时刻时，则认为该结点为干出，并将其水位储存起来，当在某一时刻某一干出点的滤波后的水位值重新参加计算对于有可能出现干出和淹没的网格结点，要每隔一时间步长均进行干出与淹没的HYCOM模式的预报方程用(x,y,s)坐标书写，s是垂向坐标（等密度坐标、sigma坐标或+▽s）；）；8θ——代表模式的任意一个热力学变量；α=1/p——位比容；f——科氏参数；--τ——风应力或底摩擦诱导的剪切压力矢量，单位为牛每平方米（N/m2θ——透热源项的和，包括由θ作用引起的跨等密面混合。选择海洋潮汐观测站的一年以上的观测资料，利ζ=A0+…式中：A0——平均海平面在潮高基准面上的高度，在潮汐表中要求潮高基准面与海图基准H和G——分潮的调和常数；Vf和u——分潮的交点因子和交点订正角。并引入浅水分潮流M4、MS4，最终计算出该点的各分潮流速的北分量、东9K1HUK1cos(15ot-dK1-guK1)+DM2HUM2cos(30ot-dM2-guM2)+DS2HUS2cos(30ot-dS2-guS2)+DM4HUM4cos(60ot-dM4-guM4)+DMS4HUMS4cos(30ot-dMS4-guMS4)(38)ot-dK1-gvK1)+DM2HVM2cos(30ot-dM2-gvM2)+DS2HVS2cos(30ot-dS2-gvS2)+DM4HVM4cos(60ot-dM4-gvM4)+DMS4HVMS4cos(30ot-dMS4-gvMS4)(39)海上溢油漂移扩散过程可分为分散、运移、蒸发、溶解、光分解、生物降解、乳化、悬浮动力学过程主要为海上溢油漂移扩散提供主要的环境动力，风海流、潮流是溢油产生漂移运动的主要驱动力。动力学过程分成两个主要部分，平流过程和扩散过程，溢油在每一瞬时的漂移过程是油膜在外界动力场（如风应力，油水界面切应力等）驱动下的整体运动。溢油在风和海流等作用下往往是椭圆形漂移运动。油水界面切应力是与海水运动密切相关的。海面风生流，三是风浪余流。前二者是远大于油膜尺度的驱动力（如引潮力，密度场压力梯度力和风场海面切应力等）作用下形成的海水运动。实际上它并不因为油膜的存在而有较大的变化。在实际海况下，由于脉动风和波浪的作用，海水表面油层的运动具有明显的湍流特征。扩展的另一个明显特征是各项异性。如在主风向上，油膜被拉长；在油膜的迎风面上形成堆积等扩散速度分量可以通过用拉格朗日独立粒子(随机游动)算法来模拟.粒子云团在水中扩散，在Δt时间内平均移动公式见公式（40）.SrmsL （41）……Xi=Xi0+uiΔt+SOcosθ （45）Y0Osinθ （46）蒸发是由于石油烃类从液态向气态的相变而造成的油膜与空气之间的物质交换。溢油的组份、表面积及其物理特征、风速、海气温度、海况以及太阳辐射的强度等都影响蒸发的速率。低烃类组份有较高的饱和蒸发压，因此有较高的蒸发速率。蒸发后溢油中的低沸点烃类迅速减蒸发率随着溢油区域的厚度变化.mAvtC/RTV+1/P0)]…（47）v——摩尔体积，单位为摩尔每立方米（m）；PCrexp(1T0T)…（48）TReva=Ceva(t/tax)…（49）乳化是一个油包水的过程。研究表明，能发生乳化的内在因素是原油的涸青烯中含有乳化这种乳化物具有较高的密度和粘性，因而它可以影响溢油的扩散过程。并为溢油清除带来困难。轻质的易挥发的油很少形成乳化物，重质燃料油或原油会形成相当大量的乳化物。当乳…式中，YW——乳化物的含水量，%;Y最终含水量，%;P+YWPW…（51）P0——乳化前油的初始密度，单位为千克Y （52） （53）…式中，η——乳化后油的运动粘性系数；ηoil乳化前油的运oilηoil=η0…乳化和蒸发两种影响结合起来运算如下，它是两种影响不同形式的总和，计算公式见公式0oil…浓度场。该模式主要适用于精度要求较高，需要考虑排海泥沙的垂向变化的情况，例如：倾废b）二维泥沙漂移扩散模式，泥沙在海洋水动力浓度场。该模式主要适用于一般海洋工程排海泥沙扩散和漂移，例如：海洋工程建设中施工引kx、ky水平紊流扩散系数，单位为平方米每秒（m2/skH——垂直紊流扩散系数，单位为平方米每秒（m2/s）；c）流入边界清洁水满足s(x,y,k,t)=0d）初始浓度场s(x,y,k,t0)=0其中，QB是悬浮物海底垂直通量，包括悬浮物kx、ky——水平紊流扩散系数；）；c）流入边界清洁水满足s(x,y,k,t)=09.2海流、潮汐数值模式：海流模拟（包括单向误差小于±15°;潮汐（包括单点潮汐预报）模拟值误差小于±15cm。9.3获得溢油监测数据后1h做出预报，溢油漂移路径预报偏差为±25°,溢油扩展面积预报相对通过国际上、网站上或其它途径所获得的，为专家所认可的，并通过验证的模式，也可作利用风场诊断模式，结合高度和稳定度的订正，得到海面上10米处的风场。海面风场计算资料通信系统，可实时获得某海沿岸××个海洋站、×个浮标站的海洋水文、气象资料，并可通过VSAT获得预报海域沿岸其它气象测站的资料及预报传真图，通过客观分析和四维同化技术此模式将边界层分为二层，低层为近地面层，高为h，如果高度z≤h，则根据公式（A.1）计算。…φm——大气稳定度的函数，鉴于海面上大气常常接近中性层结，我们可以忽略近地面层的热力层结效应。在这种情况下，取φm=0。Ug0-…Vg0