海洋环境模型 -海洋环境模型

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寻渔记|海洋环境特征对各类污染物的作用机理和规律研究

以海洋流体动力对各类污染物迁移、扩散、转化规律的研究为基础，考虑各种自然环境因素(浪、流、风、光、温度、湿度)、物理因素(扩散、挥发、沉降、吸附、释放)、化学因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋复杂条件下的运动及演变规律，并建立海洋水质预测预报模型。此外，近年来，在我国沿海海域，赤潮频发严重。因此，除了加强赤潮的监测和预报外，也应加强在建立赤潮生长机理和发展规律方面的研究工作。

此项研究应通过现场观测、物理模型实验和数学模拟研究相结合的方法来进行。由于现场观测工作耗资巨大，且受到许多客观条件的限制，所获得的数据往往有许多综合因素的共同作用，很难将其中的单因素影响分离出来，大此，往往只能用它来作为对其一水质预测预报模型进行检验其可行性和精度的一个实例。

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用数学模拟方法来建立海洋水质预测预报模型是一个较为有效的方法。目前，在这方面国内外已有不少水质预测预报模型，这些水质预测预报模型大体上都基于以下几方面的模型:水流数学模型;波浪数学模型:液流相互作用模型;近海海域污染物迁移转化数学模型。在水流数学模型研究方面，对于较大范围的海域，通常可采用深度平均的潮流教学模型，对于紊动景响不显著的海域，可不考虑湍流影响，而对于湍流效应显著的区域，如排污口近区，则应考虑湍流效应。此外，采用坐标变换，可建立一种能够考虑复杂地形和套流效应的三维潮流数学模型，这样才能够较好地重现实际海域的三维潮流特征，在较小范围的水域，水流数学模型可以以N-S方程和通用的k-(湍流模型为基础，针对水温和盐度分层流的流动特性，考虑浮力对紊动的影响，建立用于模拟同时存

在温度和盐度梯度这一类密度分层流的k-(单流体数学模型。也可以基于多流体模型的基本概念，分别对两相本身的湍流输运规律以及相间相互作用规律进行模拟，建立两相湍浮力分层流的双流体数学模型。

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在波浪数学模型研究方面，可应用BI-CGSTAB法求解由椭圆型缓坡方程离散得到的代数方程组，以提高求解效率，从水波发展方程出发，可导出一种用于大区域波浪变形问题的数学模型。通过引入弱非线性波色散关系，可使双曲型缓坡方程能够有效地考虑波浪的非线性效应。对高阶Boussinesa方程的进一步研究，可使方程的色激性从入水到深水都达到很高精度，并提高方程的非线性精度，可以更精确的计算较深水域波浪的非线性特征。针对带自由表面的波浪场问题，通过把能有效模拟自由面形态的N-S方程和波能平衡方程的结合。可导出一个能考虑破波能量损失的抛物型缓坡疗程，用这个方程可模拟规则波和不规则波破碎引起的波高变化。建立沿岸流数学模型，可模拟海岸上波高变化和破碎波波高，波浪增减水和沿岸流。

在波流相互作用模型的研究方面，对于弱流情形，可采用一种考虑流影响的修正的合流缓坡模型，对干强流情形，可采用在Botssinesa方程中考虑流影响的模型。可以将辐射应力的计算公式与抛物型缓坡方程中的待求变量联系起来，建立一种辐射应力计算的新方法，用该方法可对较大区域均匀斜坡地形上的波浪辐射应力进行数值模拟。

在近海海域污染物迁移转化数学模型研究方面，基于N-S方程所建立的深度平均的二维应力一通量代数全场模型，可对非对称潮流作用下的侧向岸边排放问题过分数值模拟。以研究近海海域污染物迁移转化的三维预报系统作为目标，在分析近海环境中各种物理、化学和生物现象的基础上，针对近海海域水污染的特点，从三维湍流模型出发，在动量方程中引入表面风应力、底部切应力以及柯氏力的作用;在输运方程中引入反映物理、化学、生物等作用的源、汇项，可建立一个统一考虑物理、化学和生物等过程综合作用的近海海域污染物迁移转化的三维预报模型，它可为环境评价、水质规划、污染控制以及水域排污工程设计等提供重要的科学依据:同时对确定水域环境容量，从而制定水域环境保护策略，也具有十分重要的理论价值和应用前景。

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