一个基于FVCOM的非结构化网格波

一个基于FVCOM的非结构化网格波、海流、泥沙

Wu等人。 / J.海洋大学。中国（海洋和近海研究） 2011 10（1 ）：1-8

吴伦宇12，陈长胜34，郭佩芳1，史茂充1，齐建华3)，GE建中4) 1）物理海洋实验室，中国海洋大学，青岛266100 ，中国公关 2）第一海洋研究所，国家海洋局，青岛266061，中国公关

3）学校海洋科学与技术，美国马萨诸塞州达特茅斯大学，新贝德福德，马萨诸塞州，美国

4）国家重点实验室，河口海岸研究所，华东师范大学，上海200062 ，中国公关 （收稿， 2010年7月15日修订， 2010年9月25日;接受， 2010年10月29日） ?中国海洋大学，科学出版社和施普林格出版社2010年柏林海德堡

摘要努力夫妇FVCOM （立体（3D） ，非结构化网格有限体积沿海海洋模型） FVCOM - SWAVE （非结构化网格，有限体积面波模型）如近岸海洋过程的研究 潮汐，流通，风暴潮，海浪，输沙和形态演变。 FVCOM和之间的耦合

FVCOM - SWAVE实现，通过整合三维辐射应力波电流沙相关的底部边界层，海 表面应力参数化和形态的过程。 FVCOM还包括一个3D输沙模块。有了准确的

拟合不规则的海岸线，提供了一个独特的工具，在沿海的海洋，河口和湿地研究泥沙动力学模型

地方几何结构特点，水湾，岛屿和潮间沼泽区。验证该模型是由两个标准

基准测试： 1）光谱波接近一个轻度倾斜的海滩和2 ）的海底形态的变化，在一个理想化的潮汐

进气口。在测试1 ，模型的结果进行了比较与分析解决方案和实验室实验。进一步比较

还与结构网格区域海洋模型系统（ ROM）之，它提供了一个了解的表现 两个模型具有相同的开边界强迫。

关键词FVCOM ;耦合辐射应力波电流沉积物有关的底部边界层;形态 一，引言

近岸海洋工艺的特点是强非线性

潮汐的相互作用，风，高频繁的面波， 河流流量。例如，沉淀， 沉积物再悬浮和形态的变化 在浅水海底直接控制

电流，并通过辐射应力波的相互作用 和底部边界层动力学（龙格 - 希金斯

斯图尔特， 1960年，龙格 - 希金斯1970a ， B;格兰特 Medsen ， 1979年） 。因为是高度非线性的相互作用 和显著变化在空间和时间，这是当务之急

我们开发一个完全耦合的hydrodynamicswave 泥沙模型，以了解这个复杂的系统。 作出了许多努力发展耦合电流

波浪模型（ Xie等，2001 ;月球， 2005年;索伦森

））

））

）

）

等，2006 ;华纳等， 2008 ;梁等人， 2007年; 刘，谢， 2009年Tang等， 2009 ）。 其中最

模型是立体化，结构化网格模型

而非结构化网格模型通常有两种维sional 。电流波相互作用的最有活力的的地区 出现在局部几何沿海海洋

特点是复杂的海岸线，岛屿，水湾， 河口，潮汐沼泽。由于恶劣的解决 沿海几何的现实，结构性网格模型 限制模拟的几何控制，近岸 动态过程。解决的重要性

在以前的文件（陈沿海几何研究

等， 2007） ，和一个国家的最先进的非结构化网格，有限 开发量，沿海海洋模式（ FVCOM ） 克服与缺点

结构网格沿海海洋模型（Chen等， 2003年， 2006A ，B） 。在FVCOM使用的有限体积算法 结合有限的几何拟合的灵活性 元模型和计算效率有限

差异模型（Chen等，2003 ;黄等。

2008年）。 FVCOM是适用于沿海和河口应用。 本文介绍了用于几个算法

基于频谱面波模型与FVCOM 。 “

面波模型， FVCOM SWAVE ，是非结构化 网格版天鹅（模拟波近岸）

开发齐等。 （2009年） 。模型结果

对一些标准的基准测试验证，并与分析解决方案，实验室的实验相比， 区域海洋模型系统（ ROMS ）

（ Haidvogel等人，2008年华纳等， 2008 ） 。 以下各节安排如下： “

FVCOM和FVCOM - SWAVE方程 在第2节中描述。有限体积离散 之间FVCOM双向耦合和算法

FVCOM SWAVE是在第3节。验证 实验是在第4和第5 结论。 2个型号

2.1流体动力学模型 - FVCOM

FVCOM是预后，非结构化网格，有限体积 沿海海洋和河口模型。它最初是

Chen等人开发的。 （2003年）和联合升级 在美国马萨诸塞州达特茅斯大学的科学家的努力 （ UMASSD ）和伍兹霍尔海洋研究所

（WHOI）的（陈等人， 2006A ，B ， Chen等人，

2007年，黄等， 2008） 。 FVCOM是离散的 三角网格的水平和广义terrainfollowing 在垂直坐标。该模型利用

修改后的梅勒和山田（ 1982年） 2.5级 （ MY - 2.5 ）和Smagorinsky湍流封闭计划 纵向和横向混合的默认设置， 分别与各种湍流参数化的选项 采用广义的海洋湍流

模型（ GOTM ） （ Burchard ，2002年） 。 FVCOM包括 静水和非静水的动态（丽

等， 2010A ，B），并可以解决由分割模式 计划或半隐式的计划。当前版本

在这项研究中使用的FVCOM包括润湿/干燥 治疗，三维泥沙模块，冰模块，等在 广义地形跟随坐标系统，管 动量方程，连续性，温度， 盐度，密度和三维列入

辐射压力（梅勒2003年， 2005年， 2008年） 通知如下：

其中X，Y和σ是华东，华北和垂直轴 广义的地形跟随坐标， t为时间，U ， V和ω的X， Y和σ的速度分量; τ x 和τ

y的x和y分量的压力; η海

面高程; h的平均水深，D = H + η的 总水深; θ的潜在温度; S为盐度;

ρ密度; patm的空气压力，F科氏参数;

H

太阳辐照度和Kh热垂直 涡流扩散系数; Fθ和Fs代表

热和盐的扩散条款。随心， SXY ， SXY ， SYY 辐射应力的X和Y分量为

其中E是波的能量计算

HS ，K， KX， KY的显著波高，波 数， x方向的波数，波数在y 方向，分别。

原始表面和底部应力计算

拖动式（二次速度成正比） 但他们在耦合模式波

沉积物和更详细的将提交第 3.1。

2.2Wave型号

波模型FVCOM SWAVE ，齐等开发

等。 （ 2009年），是一个非结构化网格，有限体积版本 天鹅。波作用密度方程 （N）在FVCOM SWAVE

（ σ ， θ ）是相对的频率和波方向

在谱空间（X ，Y ）是在地理直角坐标系 空间。 STOT是代表源/汇项 风浪，海浪打破，底部的影响

耗散，非线性波 - 波相互作用（ Booij 等，2004 ;齐等，2009 ）。

琪等人的研究（2009）提供了详细的说明 在FVCOM SWAVE离散算法。波 四，行动Eq.7密度数值求解

不可或缺的步骤：行动密度谱的变化 谱空间，频率和方向，分别 波的传播，在地理空间和增长， 转让和波的衰减。波的传播 地理空间解决了一个明确的或 半隐式有限体积迎风平流计划。

2.3输沙模型

在FVCOM输沙模型（称为

FVCOM - SED）是基于社区沉积物

运输模型（ CSTM ） （陈等人，2006年b ） 。沉淀 运输的计算方法是解决平流扩散 方程与床垂直沉降和交流 源汇项。源的一般形式 汇项可以写成

哪里去了，M是垂直沉降速度（积极向上） ， 厘米的悬浮泥沙量，ES ，M为 侵蚀源，米的泥沙类的数量。 该模型解决了每一届的对流扩散 顺序如下：垂直解决方程，

源和接收器，水平平流，垂直平流， 垂直扩散，并最终水平扩散（陈

等， 2006年b） 。与底部边界层模式 波 - 流相互作用和形态反馈

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