[发明专利]一种计算非定常Langmuir环流的动态模拟方法

说明书

本发明公开了一种计算非定常Langmuir环流的动态模拟方法：(1)采用近岸海浪模式计算某一时间范围内的波浪场，输出波浪参数；(2)将得到的波浪参数输入Stokes漂移速度计算模型，计算得到stokes漂移速度；(3)改进普林斯顿海洋模式，使普林斯顿海洋模式包含非定常Langmuir环流的参数化计算方法；(4)将得到的stokes漂移速度输入改进后的普林斯顿海洋模式，实时模拟包含非定常Langmuir环流的海洋动态过程，得到包含非定常Langmuir环流物理过程影响的海洋温度、盐度和流速场。本发明在海洋环流模型的湍动能参数化计算方法中加入非定常langmuir环流的作用，可以动态地模拟非定常Langmuir环流对海洋要素的影响，可以完善海洋数值模式的物理过程，得到更加精准的海洋预报模型。

技术领域

本发明涉及物理海洋模型的动态化实时模拟技术，特别涉及一种计算非定常Langmuir环流的动态模拟方法。

背景技术

Langmuir环流指发生在上层海洋中的一对轴向与风向平行的反对称旋转旋涡，是波流相互作用的主要表现形式之一。由于海面风场非定常的性质，诱导了海表受风应力的非定常性，进而形成了垂直于海表的涡旋。又因风吹起了海浪，海浪产生stokes漂移，在stokes漂移的影响下，垂直于海表的涡旋逐渐向水平方向移动，最终形成了Langmuir环流。Langmuir环流的存在，使得上层海洋垂向剪切不稳定性增强，并直接对湍动能产生贡献，加强了上层湍流效应，并且Langmuir环流促使垂向对流速度增大，起到了“卷挟”的作用，将上层的热量、动量和物质带到更深位置，使得上层海洋混合层加深，因而Langmuir环流对上层海洋的动力和热力过程都起着非常重要的作用，对海洋生态环境，海洋气候都有非常重要的意义和实际应用价值。

Langmuir环流的强度主要受海面风力和波浪大小的影响，因而目前一些没有考虑海况时空变化特性的Langmuir环流参数化计算方法是不准确的，与海洋中实际发生的Langmuir环流现象不相符，无法体现langmuir环流对海洋水文要素产生的动态影响。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种计算非定常langmuir环流的动态模拟方法，在海洋环流模型的湍动能参数化计算方法中加入非定常langmuir环流的作用，完善了海洋环流模型的物理机制。

本发明所采用的技术方案是：一种计算非定常Langmuir环流的动态模拟方法，包括以下步骤：

步骤1，采用近岸海浪模式计算某一时间范围内的波浪场，输出波浪参数；

步骤2，将步骤1得到的波浪参数输入Stokes漂移速度计算模型，计算得到stokes漂移速度；

步骤3，改进普林斯顿海洋模式，使普林斯顿海洋模式包含非定常Langmuir环流的参数化计算方法；

步骤4，将步骤2得到的stokes漂移速度输入步骤3改进后的普林斯顿海洋模式，实时模拟包含非定常Langmuir环流的海洋动态过程，得到包含非定常Langmuir环流物理过程影响的海洋温度、盐度和流速场，用于分析Langmuir环流对海洋物质以及海洋动力过程的影响。

进一步地，步骤1中，所述的波浪参数包括：有效波高，波长，波浪平均周期和波向。

进一步地，步骤2中，所述的Stokes漂移速度计算模型为：