CAJ | 학술논문

由于坐标变换的关系,σ坐标海洋模式在处理陡峭地形时会产生较大的水平压力梯度误差.为减少水平压力梯度误差,前人提出了一系列改进的方法,这些方法可分为减去平均密度法、平滑地形法、网格变换法和水平压力梯度计算方程变换法4类.水平压力梯度计算方程变换法又可分为密度雅克比法、高阶精度法、有限体积法和转换到z坐标下计算水平压力梯度法.利用POM模式模拟理想海山来比较标准密度雅克比法、线性插值到z坐标法、四阶精度插值法、三次方多项式拟合法和权重密度雅克比法在计算水平压力梯度中出现的误差.模式初始时垂向分成,水平均匀,外模时间步长为12 s,内模时间步长为360 s,计算时间为360 d.从最大流速误差的结果可以看出,标准密度雅克比法得到的最大流速误差为0.45 m/s左右;线性插值到z坐标法得到的最大流速误差达到0.7 m/s;四阶精度方法计算得到的最大流速误差为0.3 m/s;权重密度雅克比方法和三次方多项式拟合法计算得到的最大流速误差相差不大,都只有0.2 m/s左右.标准密度雅克比法计算得到的单位质量平均动能最大,为9×10-4 m2/s2;四阶精度方法和线性插值到z坐标方法计算得到的单位质量平均动能差不多,为3×10-4 m2/s2;三次方多项式拟合法计算得到的单位质量平均动能为1.9×10-4 m2/s2;权重密度雅克比方法计算得到的单位质量平均动能最小,仅为1×10-4 m2/s2.标准密度雅克比法的计算耗时最短,为294 min;与其相比,三次方多项式拟合法的计算耗时增加了5.9%;权重密度雅克比法的计算耗时增加了8.8%;四阶精度插值法的计算耗时增加了23.6%.线性插值到z坐标法的计算耗时最长,需要384.5 min,相对于标准密度雅克比法的计算耗时增加了30.6%.因此,综合最大流速误差、平均动能和计算耗时的结果可知,线性插值到z坐标法的计算结果相对较差,采用权重密度雅克比法能较好地降低水平压力梯度误差. 由于坐標變換的關繫,σ坐標海洋模式在處理陡峭地形時會產生較大的水平壓力梯度誤差.為減少水平壓力梯度誤差,前人提齣瞭一繫列改進的方法,這些方法可分為減去平均密度法、平滑地形法、網格變換法和水平壓力梯度計算方程變換法4類.水平壓力梯度計算方程變換法又可分為密度雅剋比法、高階精度法、有限體積法和轉換到z坐標下計算水平壓力梯度法.利用POM模式模擬理想海山來比較標準密度雅剋比法、線性插值到z坐標法、四階精度插值法、三次方多項式擬閤法和權重密度雅剋比法在計算水平壓力梯度中齣現的誤差.模式初始時垂嚮分成,水平均勻,外模時間步長為12 s,內模時間步長為360 s,計算時間為360 d.從最大流速誤差的結果可以看齣,標準密度雅剋比法得到的最大流速誤差為0.45 m/s左右;線性插值到z坐標法得到的最大流速誤差達到0.7 m/s;四階精度方法計算得到的最大流速誤差為0.3 m/s;權重密度雅剋比方法和三次方多項式擬閤法計算得到的最大流速誤差相差不大,都隻有0.2 m/s左右.標準密度雅剋比法計算得到的單位質量平均動能最大,為9×10-4 m2/s2;四階精度方法和線性插值到z坐標方法計算得到的單位質量平均動能差不多,為3×10-4 m2/s2;三次方多項式擬閤法計算得到的單位質量平均動能為1.9×10-4 m2/s2;權重密度雅剋比方法計算得到的單位質量平均動能最小,僅為1×10-4 m2/s2.標準密度雅剋比法的計算耗時最短,為294 min;與其相比,三次方多項式擬閤法的計算耗時增加瞭5.9%;權重密度雅剋比法的計算耗時增加瞭8.8%;四階精度插值法的計算耗時增加瞭23.6%.線性插值到z坐標法的計算耗時最長,需要384.5 min,相對于標準密度雅剋比法的計算耗時增加瞭30.6%.因此,綜閤最大流速誤差、平均動能和計算耗時的結果可知,線性插值到z坐標法的計算結果相對較差,採用權重密度雅剋比法能較好地降低水平壓力梯度誤差.
유우좌표변환적관계,σ좌표해양모식재처리두초지형시회산생교대적수평압력제도오차.위감소수평압력제도오차,전인제출료일계렬개진적방법,저사방법가분위감거평균밀도법、평활지형법、망격변환법화수평압력제도계산방정변환법4류.수평압력제도계산방정변환법우가분위밀도아극비법、고계정도법、유한체적법화전환도z좌표하계산수평압력제도법.이용POM모식모의이상해산래비교표준밀도아극비법、선성삽치도z좌표법、사계정도삽치법、삼차방다항식의합법화권중밀도아극비법재계산수평압력제도중출현적오차.모식초시시수향분성,수평균균,외모시간보장위12 s,내모시간보장위360 s,계산시간위360 d.종최대류속오차적결과가이간출,표준밀도아극비법득도적최대류속오차위0.45 m/s좌우;선성삽치도z좌표법득도적최대류속오차체도0.7 m/s;사계정도방법계산득도적최대류속오차위0.3 m/s;권중밀도아극비방법화삼차방다항식의합법계산득도적최대류속오차상차불대,도지유0.2 m/s좌우.표준밀도아극비법계산득도적단위질량평균동능최대,위9×10-4 m2/s2;사계정도방법화선성삽치도z좌표방법계산득도적단위질량평균동능차불다,위3×10-4 m2/s2;삼차방다항식의합법계산득도적단위질량평균동능위1.9×10-4 m2/s2;권중밀도아극비방법계산득도적단위질량평균동능최소,부위1×10-4 m2/s2.표준밀도아극비법적계산모시최단,위294 min;여기상비,삼차방다항식의합법적계산모시증가료5.9%;권중밀도아극비법적계산모시증가료8.8%;사계정도삽치법적계산모시증가료23.6%.선성삽치도z좌표법적계산모시최장,수요384.5 min,상대우표준밀도아극비법적계산모시증가료30.6%.인차,종합최대류속오차、평균동능화계산모시적결과가지,선성삽치도z좌표법적계산결과상대교차,채용권중밀도아극비법능교호지강저수평압력제도오차.