常用海的洋数值模式简介.pdf

第 25卷 第 4期 海 洋 预 报 VO1．25．NO．4 2008 年 l1月 M ARINE FORECASTS NOV．2 0 08 常用海洋数值模式简介 郑沛楠 。’，宋 军 ’，张芳苒 ，鲍献文 (1．中国海洋大学物理海洋实验事，山东 青岛266100；2总参谋部气象水文中心 ，北京 100081) 摘 要：OGCM(OceanGeneralCirculationModel普通海洋环流模式)简单的说就是把海洋原 始方程组离散求解的过程。鉴于实际观测资料较少，无法满足研究需求，用数值模式进行数 值模拟是实用的研究方法之一。目前海洋学界较为常用的OGCM有POM、FVCOM、HAMSOM 、 HYCOM等。这些模式有些适用于近岸海域，有些适用于大洋，各有其 自身的特点。本文作 者在对以l：各模式使用与理解的基础 卜，对这几种模式进行了介绍，并对如何选用一个合适 的模式给 了建议。 关键词：数值模式：POM；HYCOM；FVCOM；HAMSOM 中图分类号：P731 文献标识码：A 文章编号：1003—0239 (2008)4—0108— 13 1 引言 海洋，自古以来就和人们的生活息息相关，因此，研究和掌握海洋运动的规律是十 分重要的。止是在这种背景下，地球流体力学得到了迅速的发展。地球流体力学是一门 新兴的交叉学科，主要研究地球 自然界中一切流体宏观运动的普遍规律。描述海洋运动 的地球流体力学方程都是一些偏微分发展方程，除极个别的情况，很难求得其解析解。 但海浪数值模拟、潮汐数值模拟和海流数值模拟等实际问题需要数值求解这些偏微分发 展方程， 同时高速、大容量计算机的出现为各种复杂问题的大规模计算提供了可能性， 于是计算地球流体力学作为又一门新兴学科应运而生…。20世纪 60年代，随着电子计 算机计算能力的提高，人们开始了海洋数值预报的研究和试验。首先是海浪的数值预报 研究，20世纪 70年代初期即开始进行数值计算试验。接着是潮汐的数值预报方法研究 及数值模拟试验，20世纪 80年代中期二维潮汐数值模拟技术渐进成熟。二维海洋温、 盐、流数值模拟方法研究，2O世纪 7O年代开始，到20世纪90年代开始进行试验性的 海洋数值预报 (包括温、盐、流和水位等)。随着读入数值模式的实测数据种类的增多和 质量的优化以及模式 自身的发展，数值模式如今已能较好的应用于海洋领域的基础研究， 并向精确预测方 向发展。 2 POM POM (PrincetonOceanMode1)由美国普林斯顿 (Princeton)大学Blumberg和Mellor于 收稿 日期：2008-03—25 基金项 目：巾国科技部973计划 (2005CB422300)项日资助 科技部国际科技合作计划项 目 (2006DFB21250)，高 等学校引智计划 (B07036)项 目资助。 作者简介：郑沛楠 (198I-)男．博士，主要从事海洋环流方 的研究。 4期 郑沛楠，等 ：常用海洋数值模式简介 1977年共同建立起来的一个三维斜压原始方程数值海洋模式，后经过多次修改成为今天 的样本，是被当今国内外应用较为广泛的河 口、近岸海洋模式。|i亥模式现 已被成功应用 1=国内外的许多区域：20世纪 80年代该模式就被相继应用j-墨西哥湾、哈得逊河口和 北冰洋，进入 20世纪9O年代后，该模式又被应用于地中海。POM对 于中国海的数值模 拟研究也有 巨大贡献 。 2．1POM 的主要特征 (1)模式嵌套了一个 2．5阶湍封闭模型来求解垂向湍流黏滞和扩散系数 (Mellor Yamada，1982；Galperineta1．，1988)；水平湍流黏滞和扩散系数基于Smagorinsky(1963) 参数化方案，避免了人为选取混合系数造成的误差。湍模式包含在子程序 PROFQ和 ADVQ里面 。 (2)水平方向采用止交曲线网格，变量空间配置使用 “ArakawaC”网格，可以较好 的匹配岸界 (见图 1a)。与均匀网格相比，水平曲线正交网格是渐变的，能更好地拟合岸 线侧边界，减少 “锯齿”效应。垂直方向采用 SIGMA坐标，有利于处理崎岖的地形 (见