| 三维海洋水动力计算σ坐标转换存在的问题及改进方法 |
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| 引用本文： | 白玉川,温志超,徐海珏,廖世智,曹永港,夏华永.三维海洋水动力计算σ坐标转换存在的问题及改进方法[J].应用数学和力学,2019,40(8):840-855. |
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| 作者姓名： | 白玉川 温志超 徐海珏 廖世智 曹永港 夏华永 |
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| 作者单位： | 1天津大学 水利工程仿真与安全国家重点试验室, 天津 300072;2国家海洋局 南海调查技术中心, 广州 510300;3国家海洋局 南海预报中心, 广州 510310 |
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| 基金项目： | 国家自然科学基金（41576093）；国家重点研发计划（2018YFC0407505） |
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| 摘 要： | 三维水动力模型在准确模拟海洋物理特性中起着重要的作用，传统的σ坐标转换由于当时计算机能力所限，舍去了复杂的高阶项，在实际复杂地形（或水深变化）环境下，会带来一定的误差或计算失真等问题.由此，为了适应高精度计算结果的需求，对原有σ坐标三维水动力模型进行了重新修正.在改进后的模型中，综合考虑了经σ坐标变换引入的与流速、水位、地形相关的复杂高阶项，选用特定的插值函数，利用有限元和差分相结合的方法，进行求解σ坐标下的完整三维浅水模式方程.相比原模型，改进的模型对底坡、水深、潮汐振幅等变化适用范围更为广泛，能更好地模拟出复杂水深变化下的垂向流动分布特征，计算结果具有更高的精确度；改进的模型针对一些极端水位条件（潮汐振幅与水深比大于0.15），其计算误差同样可保持在一个较低的范围内；同时，改进的模型只需更短的时间就可运行至稳定状态.
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| 关 键 词： | σ坐标转换 三维水动力模型 有限元法 差分法 水动力特征 |
| 收稿时间： | 2018-12-05 |
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