[发明专利]一种高分辨率南海三维斜压环流模型及其构建方法与应用

说明书

本发明提供了一种高分辨率南海三维斜压环流模型及其构建方法与应用，其中，模型为：用于分析南海北部陆架区浮游植物的时空分布规律及其控制机制的三维物理‑生态耦合模型，模型构建方法包括以下步骤：S1、建立南海北部一维物理‑生态耦合模型；S2、南海北部浮游植物时空分布及控制机制的一维数值模拟；S3、建立南海三维斜压环流模型；S4、建立南海北部陆架三维物理‑生态耦合模型，应用为在三维物理‑生态耦合模型的基础上，将其侧向开边界条件加入潮汐强迫。解决了现有的环流模型不能满足多种复杂条件下对南海海洋生态动力过程的研究的问题，具有结合多种条件、数据更精确的优点。

技术领域

本发明涉及海洋生态系统动力学技术领域，具体是涉及一种高分辨率南海三维斜压环流模型及其构建方法与应用。

背景技术

南海位于中国大陆的南方，是太平洋西部海域，中国三大边缘海之一，该海域自然海域面积约350万平方公里，为中国近海中面积最大、水最深的海区，平均水深1212米，最大深度5559米。中国领海由渤海(内海)和黄海、东海、南海三大边海组成，东部和南部大陆海岸线1.8万千米。内海和边海的水域面积约470万平方千米。

海洋生态动力学是一门对于海洋生态动力研究的学科，着重于环境对海洋生物量时空分布、再产生、循环机理和生物多样性之间的耦合关系的研究。海洋生态系统动力学的发展过程从很大的程度上概括了海洋学研究的历史。海洋学的发展正是在海上探险过程中人们对海洋地理、海洋潮汐、环流、生物知识需要日益增长的过程中发展起来的。那时的海洋学只是一门以观测为主的描述性科学。一个系统的现代海洋学的建立是在十九世纪中期。它与初期海洋探险最大的区别在于建立了系统的观测方法和资料的收集以及分析手段。

随着科技发展，海洋生态动力学已与多个学科相互交叉，用于对海洋内物理过程与生态动力过程的研究需要计算机模型的支撑，其模型也从箱式模型、一维模型进化到三维模型，继而结合各种过程的耦合模型也发展起来。但南海面积大、海水深，再加之近年来由近岸进入南海北岸的营养物质负荷的持续增加，现有的环流模型不能满足多种复杂条件下对南海海海洋生态动力过程的研究。

发明内容

本发明解决的技术问题是：南海面积大、海水深，再加之近年来由近岸进入南海北岸的营养物质负荷的持续增加，现有的环流模型不能满足多种复杂条件下对南海海海洋生态动力过程的研究。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种高分辨率南海三维斜压环流模型，包括：

用于分析南海北部陆架区浮游植物的时空分布规律及其控制机制且开边界条件由南海三维斜压环流模型提供的三维物理-生态耦合模型，三维物理-生态耦合模型由一维物理-生态耦合模型嵌套在南海三维斜压环流模型构成，其中：

一维物理-生态耦合模型由一维混合层模型中耦合NPZD型生态系统动力学模型而成，

南海三维斜压环流模型基于Princeton Ocean Model模型，Princeton OceanModel模型嵌套有用于计算海洋内部的垂向湍流混合过程的Mellor-Yamada2.5阶湍流闭合子模型，水平方向的混合过程采用Smagorinsky参数化方案计算，Princeton Ocean Model模型水平方向采用Arakawa C型交错网格，垂向采用Sigma随底坐标，模型水平方向采用显式差分格式，垂向采用隐格式，并采用模态分裂技术进行数值求解。

进一步地，一维混合层模型保留原始Princeton Ocean Model模式中垂向动力过程，一维混合层模型基本控制方程包括：