论文题目: 中国近海潮波运动数值模拟
论文类型: 硕士论文
论文专业: 物理海洋学
作者: 章卫胜
导师: 宋志尧,张金善
关键词: 潮波运动,数值模拟,曼宁系数,相关分析,预估校正法,模型验证,台湾海峡
文献来源: 河海大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文基于球面坐标系下的二维垂线平均潮波运动方程建立中国近海潮波数学模型，模型区域包括渤海、黄海、东海、南海、泰国湾和环台湾岛海域，网格尺寸2′×2′，网格数1175×955。在考虑引潮力情况下，计算模拟了中国近海的复合潮波运动；并对分布于各个海域的281个潮位站的4个主要分潮（M2、S2、K1、O1）潮位调和常数以及13个海洋预报站的潮流资料进行了验证，验证结果基本合理。针对计算结果绘制了主要分潮包括浅水分潮（以M4为例）的潮汐同潮图和潮流同潮图，对中国近海潮汐和潮流分布即潮波运动进行了分析，并和前人的结果进行比较，结果基本吻合。整个东中国海的潮波主要是太平洋潮波经台湾和九州之间的水道传入的协振波，南海的潮波主要是太平洋潮波经吕宋海峡传入的协振波。东海和南海主要通过台湾海峡进行水量和潮能交换。在东中国海基本以半日潮为主，尤其是M2占优，而在南海基本以全日潮为主。由于受到地形影响、边界的反射、地转偏向力和陆架浅海的摩阻作用，潮波在各海区或以前进波或以无潮点和圆流点为主要特征的旋转潮波系统组成了复杂的潮波系统。 在模型计算的基础上对台湾海峡的M2分潮的潮汐分布特征和传播机制进行了探讨。认为台湾海峡的M2分潮主要是有北部的前进波和南部的前进驻波系统组成，由吕宋海峡进入的太平洋潮波和广东、福建沿海岸线的相互作用形成了南端前进驻波现象和北部地形边界的放大效应产生的潮能幅聚现象是台湾海峡M2分潮分布特征的主要原因。海峡内的潮能消耗以南下的前进潮波为主，其传播到台湾浅滩位置。 另外，本文在潮波数值模拟技术方面作了以下探讨： 1．利用相关分析讨论周期性函数的一阶差分离散误差和相对步长的关系，得到其中的拟合关系式； 2．基于相关分析提出利用计算结果和实测资料的相关分析结果进行模型验证，和其它模型验证方法比较该验证方法具有简洁且可同时考虑振幅和相位误差的优点； 3．通过数学模型和原型的相关理论推导了二维潮波运动方程中曼宁系数的预估校正法。数值试验和中国近海潮波数学模型的实际应用表明该方法科学有效，既可以节省人工调试的工作量，又能提高计算结果的精度。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1．1 海洋潮汐研究历史和现状
1．2 中国近海潮波运动研究进展
1．3 研究趋势及存在的问题
1．4 本文的工作
第二章 潮波运动理论及研究方法
2．1 潮汐的实质
2．2 潮汐的调和分析
2．3 潮流的准调和分析
2．4 潮汐和潮流的预报
2．5 潮波基本运动形式
2．6 潮波计算数值方法
2．6．1 边值法
2．6．2 初值法
2．7 本章小结
第三章 数值计算的若干问题研究
3．1 差分离散截断误差分析
3．2 验证方法讨论
3．3 二维潮波模拟中曼宁系数的确定
3．3．1 公式推导
3．3．2 数值试验
3．3．3 对于本文方法的讨论
3．3．4 其它方法·反问题研究方法
3．4 本章小结
第四章 中国近海潮波数学模型
4．1 模型区域
4．2 基本方程
4．3 差分格式
4．4 计算参数
4．5 定解条件
4．6 曼宁系数的预估校正
4．7 模型验证
4．7．1 潮位验证
4．7．2 潮流验证
4．8 本章小结
第五章 中国近海潮波运动特征
5．1 潮汐类型
5．2 潮汐分布
5．2．1 半日潮
5．2．2 全日潮
5．2．3 浅水分潮
5．2．4 无潮点
5．3 潮流特征
5．3．1 半日潮流分布
5．3．2 全日潮流分布
5．3．3 潮致余流
5．4 潮能通量
5．5 本章小结
第六章 台湾海峡M2分潮的潮波运动
6．1 潮汐和潮流的分布
6．2 潮波系统的认识
6．3 形成机制的解释
6．4 本章小结
第七章 结语
7．1 本文的主要结论
7．2 下一步工作的展望
参考文献
致谢
发布时间: 2005-04-25
参考文献
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