基于FVCOM的台湾海峡三维潮汐与潮流数值模拟研究
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收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６ ． Ｏ ｌ － １ ４
形 和有 限差分 法 易 于离 散 方 程 组 ， 提 高计 算 效 率 的
优势 ， 保 证整 个计 算 区域 和单 个 控 制 体 内都 能 满 足 动量 、 能 量 和质量 守恒 ．
基金 项 目 ： 厦门市科技计划资助项 目（ ３ ５ ０ ２ Ｚ ２ ０ １ ５ １ ２ ２ ４） 作者 简 介 ： Ｉ ＝ Ｆ道 生 （ １ ９ ８ ９～） ， 男， 硕士 ， 助理工程师 ； Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ： ｗ ａ ｎ ｇ ＆＠ ｌ ａ ｎ ｈ ｉ ｔ ． ｃ ｏ ｎ ｒ 通讯 作 者 ： 刘晓东（ １ ９ ７ ８～） ， 男， 高级工程师 ； Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ｌ ｉ ｕ ｘ ｄ ＠ｌ ａ ｎ ｈ ｉ ｔ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
关键词： 物 理 海 洋学 ； Ｆ Ｖ Ｃ Ｏ Ｍ； 潮 汐； 潮流 ； 台湾 海峡
ＤＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ Ｊ ． Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ． ２ ０ ９ ５ － ４ ９ ７ ２ ． ２ ０ １ ６ ． ０ ４ ． ０ ０ ５
中 图分 类 号 ： ｌ Ｙ ／ － ３ １
文献标识码 ： Ａ
第３ ５卷
Baidu Nhomakorabea
第 ４期
应 用 海 洋 学 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ Ｏｃ ｅ ａ ｎ Ｏ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｙ
Ｖ０ １ ． ３５．ＮＯ ． ４
ＮＯ Ｖ ．， ２０１ ６
２ ０ １ ６年 １ １月
基于 Ｆ Ｖ Ｃ ＯＭ 的 台 湾 海 峡 三 维 潮 汐 与 潮 流 数 值 模 拟 研 究
侧 沿岸 地形 变 化较 为 剧 烈 ， 复 杂 的地 形 对 该 海 域 内
的潮 波运 动造 成重 要影 响 ．
引起 的风 暴 潮 ． 因此 ， 本 研 究基 于 目前 较 为流 行
的Ｆ Ｖ Ｃ Ｏ Ｍ 海 洋数值 模 式 ，模 拟 台湾 海 峡 海 域 ８个
２ ０世 纪 ８ ０年 代 以来 ， 陆 续 有 学 者 对 台湾 海 峡 潮 波 系统 进行 研究 ． Ｆ ａ ｎ ｇ 等（ １ ９ ９ ９ ） 根 据二 维 数值 模
和 分析 给 出了 ， 、 ５ 、 、 ０ ， 四个 主要 分 潮 的 同潮 图、 表 层 潮 流 椭 圆分 布． 分析 表 明 ， ：分 潮 由 台 湾 岛南北 两端 传入 台湾 海峡 ， 两 支潮波在 澎湖一 台湾 浅滩 南缘 相遇 ， 呈Ｎ Ｅ —ｓ ｗ 向倾 斜 ， 振 幅 最 大 值为 ２ ． ４ ５ ｍ， 出现 在福 建 省 湄洲 湾 、 兴 化 湾一 带． 分 潮潮 波 由 东北 向 西南传 入 ， 并 向 南海 传播 ， 传 播 方 向上 右侧 振 幅较 左侧 大 ０ ． ０ ５ ｍ． 台湾海峡存 在 一条 分 潮潮流 椭 圆率 为 ０的分 隔线 ， 该 分 隔线 大
文章编号 ： ２ ０ ９ ５ － ４ ９ ７ ２ （ ２ ０ １ ６ ） ０ ４ － ０ ４ ９ １ — ０ ８
地 处 中国东海 大 陆架 东 南 缘 的 台湾 海 峡 ， 是 连 通 中国东海 和 南海 以及 海 峡 两 岸 的交 通 要 道 ， 是 西
度较 低 ． 后来 学者相继利 用 Ｆ Ｖ Ｃ Ｏ Ｍ（ Ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ — Ｖ ｏ ｌ ｕ ｍ ｅ Ｃ ｏ ａ ｓ ｔ ａ ｌ Ｏ ｃ ｅ ａ ｎ Ｍｏ ｄ ｅ １ ） 模型 ， 分 别 模 拟 了厦 门湾 及周
王道 生， 刘 晓东 ， 庄 海 东
（ 厦 门蓝海天信 息技 术有限公司 ， 福建 厦门 ３ ６ １ ０ ０ ８ ）
摘要： 基于 Ｆ Ｖ Ｃ Ｏ Ｍ 海 洋数 值模 式 ， 采 用非 结构 三 角形 网格 较 好 地 刻 画 了 台湾 海峡 复 杂 的岸 线 边界 及 海底 地 形 ， 建立 了台湾 海峡 的三 维潮 汐潮 流数 值模 型 ． 模 拟 结果 同长 期观 测 资料 符合 良好 ， 较好 地反 映 出 台湾海峡 内潮 汐、 潮 流运 动 的 变化 状 况 和 分 布特 征 ， 利用 Ｔ — ｔ ｉ ｄ ｅ工 具 包进 行 水 位 潮 流调
致呈 Ｎ Ｅ —Ｓ ｗ 走向， 分 隔线 上半 部 分潮 流椭 圆旋 转方 向 为逆 时针 方 向 ， 下 半部 分 为顺 时针 方 向． 四
个主要 分 潮潮 流 椭 圆长轴 基本 呈 Ｎ Ｅ —ｓ Ｗ 走向 ， 但 在 台湾 浅滩 表 层 潮流 椭 圆长轴 方 向 为 Ｎ ｗ— ｓ Ｅ
向， 澎湖 水道 呈 Ｎ — Ｓ向． 台湾浅滩 处 四个分 潮 的潮 流椭 圆均较 大 ， 对应 的 潮流 也 强 ， 可 能受 ＂ ３地 水 － 深较 浅 的影 响．
边 海域 潮 汐 、 潮流＿ ５ 和 泉州 湾 三 维潮 汐 、 潮 流 Ｊ ， 构 造 台风 风 场 模 拟 了 台 风 “ 凡 亚 比” 经 过 台 湾 海 峡 时
太 平洋 的组 成 部分 ． 台湾海 峡两 侧 岸线 蜿蜒 曲折 ， 海
底 地形 复杂 多 变 ， 海峡 西侧 地形 梯 度较 为平 缓 ， 而东
体积 方法 兼 具 了有 限 元 法 和 有 限 差 分 法 两 者 的 优
射 潮 波和南 海 Ｎ 向入 射 的 Ｋ ｅ ｌ ｖ ｉ ｎ波 共 同 作 用 下 产 生¨ Ｊ ． 沙文珏等 （ ２ ０ ０ １ ） 通过 Ｐ Ｏ Ｍ 模 式 研 究 台湾 海 峡 的 全 日和半 日分潮 Ｊ ． 杜凌等 （ ２ ０ ０ ５ ） 采 用有 限元 法 模 拟 台湾海 峡 的潮 汐 、 潮 流 运动 ． Ｚ ｈ ｕ等 （ ２ ０ ０ ９ ）
型结 果指 出台湾 海峡 分 潮 是 由东 海 的 Ｓ Ｗ 向入
主要分 潮 ， 绘制 了 同 潮 图 、 表 层潮 流 椭 圆 分 布 图 ， 并
分析 地形 对潮 波 系统 的影 响．
Ｆ Ｖ Ｃ Ｏ Ｍ 是 基 于非结 构三 角形 网格 ， 采用 有 限体 积法 求解 三维 原始 方 程组 的海 洋 数 值模 型 Ｊ ． 有 限
点， 结 合 了有 限元 法 易 于拟 合 复 杂 岸线 并 对 重 点 区
域进 行局 部加 密 ， 通过 坐 标 变换 拟 合 复 杂海 底 地
采用有限差分法模拟台湾海峡及其邻近海域八个主 要 分 潮 ｊ ． 在 以往 对 台湾 海 峡 潮 波 系 统 的 数值 模 拟
研究 中， 采用 交错 网格 ， 对 复 杂岸 线及 地形 的拟合程
形 和有 限差分 法 易 于离 散 方 程 组 ， 提 高计 算 效 率 的
优势 ， 保 证整 个计 算 区域 和单 个 控 制 体 内都 能 满 足 动量 、 能 量 和质量 守恒 ．
基金 项 目 ： 厦门市科技计划资助项 目（ ３ ５ ０ ２ Ｚ ２ ０ １ ５ １ ２ ２ ４） 作者 简 介 ： Ｉ ＝ Ｆ道 生 （ １ ９ ８ ９～） ， 男， 硕士 ， 助理工程师 ； Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ： ｗ ａ ｎ ｇ ＆＠ ｌ ａ ｎ ｈ ｉ ｔ ． ｃ ｏ ｎ ｒ 通讯 作 者 ： 刘晓东（ １ ９ ７ ８～） ， 男， 高级工程师 ； Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ｌ ｉ ｕ ｘ ｄ ＠ｌ ａ ｎ ｈ ｉ ｔ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
关键词： 物 理 海 洋学 ； Ｆ Ｖ Ｃ Ｏ Ｍ； 潮 汐； 潮流 ； 台湾 海峡
ＤＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ Ｊ ． Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ． ２ ０ ９ ５ － ４ ９ ７ ２ ． ２ ０ １ ６ ． ０ ４ ． ０ ０ ５
中 图分 类 号 ： ｌ Ｙ ／ － ３ １
文献标识码 ： Ａ
第３ ５卷
Baidu Nhomakorabea
第 ４期
应 用 海 洋 学 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ Ｏｃ ｅ ａ ｎ Ｏ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｙ
Ｖ０ １ ． ３５．ＮＯ ． ４
ＮＯ Ｖ ．， ２０１ ６
２ ０ １ ６年 １ １月
基于 Ｆ Ｖ Ｃ ＯＭ 的 台 湾 海 峡 三 维 潮 汐 与 潮 流 数 值 模 拟 研 究
侧 沿岸 地形 变 化较 为 剧 烈 ， 复 杂 的地 形 对 该 海 域 内
的潮 波运 动造 成重 要影 响 ．
引起 的风 暴 潮 ． 因此 ， 本 研 究基 于 目前 较 为流 行
的Ｆ Ｖ Ｃ Ｏ Ｍ 海 洋数值 模 式 ，模 拟 台湾 海 峡 海 域 ８个
２ ０世 纪 ８ ０年 代 以来 ， 陆 续 有 学 者 对 台湾 海 峡 潮 波 系统 进行 研究 ． Ｆ ａ ｎ ｇ 等（ １ ９ ９ ９ ） 根 据二 维 数值 模
和 分析 给 出了 ， 、 ５ 、 、 ０ ， 四个 主要 分 潮 的 同潮 图、 表 层 潮 流 椭 圆分 布． 分析 表 明 ， ：分 潮 由 台 湾 岛南北 两端 传入 台湾 海峡 ， 两 支潮波在 澎湖一 台湾 浅滩 南缘 相遇 ， 呈Ｎ Ｅ —ｓ ｗ 向倾 斜 ， 振 幅 最 大 值为 ２ ． ４ ５ ｍ， 出现 在福 建 省 湄洲 湾 、 兴 化 湾一 带． 分 潮潮 波 由 东北 向 西南传 入 ， 并 向 南海 传播 ， 传 播 方 向上 右侧 振 幅较 左侧 大 ０ ． ０ ５ ｍ． 台湾海峡存 在 一条 分 潮潮流 椭 圆率 为 ０的分 隔线 ， 该 分 隔线 大
文章编号 ： ２ ０ ９ ５ － ４ ９ ７ ２ （ ２ ０ １ ６ ） ０ ４ － ０ ４ ９ １ — ０ ８
地 处 中国东海 大 陆架 东 南 缘 的 台湾 海 峡 ， 是 连 通 中国东海 和 南海 以及 海 峡 两 岸 的交 通 要 道 ， 是 西
度较 低 ． 后来 学者相继利 用 Ｆ Ｖ Ｃ Ｏ Ｍ（ Ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ — Ｖ ｏ ｌ ｕ ｍ ｅ Ｃ ｏ ａ ｓ ｔ ａ ｌ Ｏ ｃ ｅ ａ ｎ Ｍｏ ｄ ｅ １ ） 模型 ， 分 别 模 拟 了厦 门湾 及周
王道 生， 刘 晓东 ， 庄 海 东
（ 厦 门蓝海天信 息技 术有限公司 ， 福建 厦门 ３ ６ １ ０ ０ ８ ）
摘要： 基于 Ｆ Ｖ Ｃ Ｏ Ｍ 海 洋数 值模 式 ， 采 用非 结构 三 角形 网格 较 好 地 刻 画 了 台湾 海峡 复 杂 的岸 线 边界 及 海底 地 形 ， 建立 了台湾 海峡 的三 维潮 汐潮 流数 值模 型 ． 模 拟 结果 同长 期观 测 资料 符合 良好 ， 较好 地反 映 出 台湾海峡 内潮 汐、 潮 流运 动 的 变化 状 况 和 分 布特 征 ， 利用 Ｔ — ｔ ｉ ｄ ｅ工 具 包进 行 水 位 潮 流调
致呈 Ｎ Ｅ —Ｓ ｗ 走向， 分 隔线 上半 部 分潮 流椭 圆旋 转方 向 为逆 时针 方 向 ， 下 半部 分 为顺 时针 方 向． 四
个主要 分 潮潮 流 椭 圆长轴 基本 呈 Ｎ Ｅ —ｓ Ｗ 走向 ， 但 在 台湾 浅滩 表 层 潮流 椭 圆长轴 方 向 为 Ｎ ｗ— ｓ Ｅ
向， 澎湖 水道 呈 Ｎ — Ｓ向． 台湾浅滩 处 四个分 潮 的潮 流椭 圆均较 大 ， 对应 的 潮流 也 强 ， 可 能受 ＂ ３地 水 － 深较 浅 的影 响．
边 海域 潮 汐 、 潮流＿ ５ 和 泉州 湾 三 维潮 汐 、 潮 流 Ｊ ， 构 造 台风 风 场 模 拟 了 台 风 “ 凡 亚 比” 经 过 台 湾 海 峡 时
太 平洋 的组 成 部分 ． 台湾海 峡两 侧 岸线 蜿蜒 曲折 ， 海
底 地形 复杂 多 变 ， 海峡 西侧 地形 梯 度较 为平 缓 ， 而东
体积 方法 兼 具 了有 限 元 法 和 有 限 差 分 法 两 者 的 优
射 潮 波和南 海 Ｎ 向入 射 的 Ｋ ｅ ｌ ｖ ｉ ｎ波 共 同 作 用 下 产 生¨ Ｊ ． 沙文珏等 （ ２ ０ ０ １ ） 通过 Ｐ Ｏ Ｍ 模 式 研 究 台湾 海 峡 的 全 日和半 日分潮 Ｊ ． 杜凌等 （ ２ ０ ０ ５ ） 采 用有 限元 法 模 拟 台湾海 峡 的潮 汐 、 潮 流 运动 ． Ｚ ｈ ｕ等 （ ２ ０ ０ ９ ）
型结 果指 出台湾 海峡 分 潮 是 由东 海 的 Ｓ Ｗ 向入
主要分 潮 ， 绘制 了 同 潮 图 、 表 层潮 流 椭 圆 分 布 图 ， 并
分析 地形 对潮 波 系统 的影 响．
Ｆ Ｖ Ｃ Ｏ Ｍ 是 基 于非结 构三 角形 网格 ， 采用 有 限体 积法 求解 三维 原始 方 程组 的海 洋 数 值模 型 Ｊ ． 有 限
点， 结 合 了有 限元 法 易 于拟 合 复 杂 岸线 并 对 重 点 区
域进 行局 部加 密 ， 通过 坐 标 变换 拟 合 复 杂海 底 地
采用有限差分法模拟台湾海峡及其邻近海域八个主 要 分 潮 ｊ ． 在 以往 对 台湾 海 峡 潮 波 系 统 的 数值 模 拟
研究 中， 采用 交错 网格 ， 对 复 杂岸 线及 地形 的拟合程