東海黑潮與琉球群島以東海流半診斷計算

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1、東海黑潮與琉球群島以東海流半診斷計算第19卷第1期1997—01海洋ACTAoCEANoLoG1CASINICAVo】.19,No.1January,1997一A0東海黑潮與琉球群島以東尸海流半診斷計算盔立絲孫德桐許衛(wèi)憶A'國家海洋局第二海洋研究所t杭州摘要利用"長風丸"調(diào)查船在1987左9～10月期間得到的水文資料,對東海黑嘲與琬球群島以東海流進行了半診斷計算.本計算分為兩A階段,第一階段是診斷約,第S-階段取診斷計算結(jié)果作為初始值,進行半診斷計算,即調(diào)整階段.計算最明,當丁=30~40d時,密度場與速度場等已被調(diào)整,即得到了半診

2、斷計算曲解.比較診斷與半診斷的兩個計算結(jié)果,在定性上它們是基本一致的,但在定量上存在一些重要差別,例如以下幾點:(1)由于診斯計算采用了平滑后的資料,兩夏西邊弄流,印黑潮及琉球群島以東西邊界流(筒釋"琉球海流)曲流速計算值都偏低,而通過調(diào)整后的半診斷計算,這兩支西邊界流的流速都加強;(2)半診斷計算密度場等已被調(diào)整到與海底地形等相適應(yīng).例如東海黑潮流速的最大值為101cm/s,出現(xiàn)在東海海區(qū)南部最大的地形坡度處,而診斷計算,由于資料平滑,沒有得到這樣的結(jié)果;(3)在琬球群島以東海域,在最近島嶼處600m以淺水層,診斷計算結(jié)果出現(xiàn)了南

3、向流,這也是由于資料平滑所致.然而,半診斷計算結(jié)果在此處出現(xiàn)了北向流,這與觀測結(jié)果是一致的.這些計算結(jié)果都表明,當采用平滑后的資料時,應(yīng)廄半診斷模式計算海流,更為適宜.關(guān)鍵調(diào)刖舀關(guān)于東海環(huán)流的診斷模式,已有不少的研究,例如文獻l1～5].這些診斷模式應(yīng)用于環(huán)流計算時,都取得了較好的成果,并已成為海流模式計算的一個重要組成部分.但診斷模式都存在以下的同題,即要求密度場,地形及風場三者在統(tǒng)計上相匹配.當水文,風場等資料的質(zhì)量不甚好時,上述三者之間匹配成為問題,這將對流場計算造成較大誤差.針對這些問題,Sarkisyan等提出一個半診斷計

4、算.袁耀初與潘子勤[也采用了半診斷模式與預(yù)報模式計算了東海環(huán)流.本文也提出一種類型的半診斷模式,計算東海黑潮與琉球群島東海流,并與診斷模式本文T199510—2O收到,修改稿~:1996—0328收到1期袁耀初等:東海黑潮與琉球群島以東海流半診斷計算的計算結(jié)果作比較,表明應(yīng)用半診斷模式計算海流更為適宜.水文資料采用.長風丸"船在1987年9～】0月調(diào)查航次結(jié)果,對無資料的阿格點.用插值方法獲得.1控制方程與坐標1.1控制萬程從完整的海洋熱力流體力學方程組出發(fā):魯+"罷+瞎+是一如一一去箬+(A3u)+i十"十十一J一一贏十琵十害+耋

5、+考+塞+,"一一等+老cA謇-+-五十十十J"一一高十'v誓一一+賽+警一.以及密度方程:害+"+考+塞一n+(蹇),式中.f為科氏力,且,一+os乳一,Sarsin0.(為模式區(qū)域相對于經(jīng)線的轉(zhuǎn)角)為水平渦動粘性項:一￡(2)+暑一',lu+耋)]I一czA考+c考+耋f'(2)FF,為水平速度分量;為垂直速度分量;P為壓力;P為密度距平;Po為參考密度;H,Av分別為水平,垂直渦動粘滯系數(shù);K,J分別為水平,垂直渦動擴散系數(shù).設(shè)D—H+f,H為水深;}為海面升高,則方程(1)～(3)對應(yīng)的邊界條件:(1)在海表面z一},,f)

6、上,P一聲a(z,,￡),(4)poA3u一,A塞一f,(5)一喜+墓+要,或者一0,(6)Pl一給定值;(7)(2)在海底一一H,.y)上,P.A耋一,A.塞一,(8)"一一一OH,或者Ⅻ一0,(9)"一一面一面'或首一'Pl—H一給定值;(10)1O海洋19卷式中,P(1z,,)為氣壓;r為海面風應(yīng)力;r為海底摩擦力?且rh—"bfI;礦為海底水平流速;(為海底摩擦系數(shù).(3)側(cè)向邊界條件關(guān)于流速.除了固體邊界給出"一一0外.開邊界上給出入流,出流條件(參見文獻E4]),本計算采用了袁耀初等跚的逆方法的計算結(jié)果.作為開邊界的流速

7、條件t其次?密度的側(cè)向邊界條件由宴測值給定.1.2O-坐標變換由于.坐標具有可以較好地處理地形變化較大區(qū)域的優(yōu)點,在本文采用了坐標,這樣可以給計算帶來方便.從直角坐標系(,,,幻到.坐標系(,弘,,￡)的轉(zhuǎn)換關(guān)系為】一l一1.(兒)一一})/D一j則一階導(dǎo)數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系為刁a缸a.Tc嘉+aD)1暑一未擊c熹+Dl.a10D旦at一一D(1十)差…經(jīng)過變換并消除壓力項得到坐標下的控制方程(為了簡略,在下列方程組略去新坐標的下標"l")為喜+++一.a丁(Du)一門+(gP.善+墨)一D未+a面A,嘗)},墮+fD"Dcs嘉+墮ay一D

8、'.魯c告—a(Dp)十—a(D—up)+3(Dvp)atar+一未(魯害)+∞,0孺∞L)棚其中,—一"(+d.T).(+嘉)(1+)篆=D(垃du'(15)】期袁耀忉等:東海黑潮與琉球群島以東海流半診斷計算式中,且其中ⅣⅣ.一善(