FVCOM无规则网格海洋模型详解及应用

"FVCOM模式使用说明翻译版" FVCOM（ Finite-Volume Coastal Ocean Model，有限体积海岸海洋模型）是一种无规则网格的数值模型，用于模拟和预测海洋动力学、水文物理以及生态过程。该模型适用于复杂的海岸线环境，能够处理各种几何形状的网格，提供高精度的海洋流动计算。 **第二章：模型公式** FVCOM基于流体动力学的原始方程，包括在直角坐标系和球面坐标系下的控制方程。在直角坐标系下，模型使用原始方程进行离散化处理；在[pic]-坐标系统中，控制方程确保了流体运动的描述；二维（垂直积分）方程关注垂直方向上的水流特性。模型还考虑了湍流闭合模型，如水平扩散系数和垂直旋转粘性，以模拟海洋中的混合现象。 **第三章：有限体积离散法** FVCOM采用不规则三角网格设计，确保在笛卡尔坐标系下的离散方法能准确捕捉复杂的地理特征。外部和内部模式的运输一致性保证了流场的稳定性和精度。干/湿处理方法处理水体表面的变化，包括标准方法和Isplit的上限方法。此外，球坐标系下的有限体积离散进一步增强了模型对地球曲率的适应性。 **第四章：外部强迫** 模型受到多种外部强迫的影响，包括风应力、热通量、降水/蒸发、潮汐强迫等。FVCOM还允许添加来自海岸或江河的流量，如TCE和MCE方法。水平分辨率和时间步长的规范化确保了计算效率和稳定性。底部输入地下水的处理则考虑了盐度平衡和地下水的完全输入格式。 **第五章：开边界处理** 开边界条件的设置是模型的关键部分，包括初始设定和通用辐射开边界条件。FVCOM还引入了新的有限体积开边界条件模块，以更精确地模拟开放海域和海岸区的相互作用。 **第六章：数据同化方法** FVCOM支持多种数据同化技术，如推导方法、最优插值（OI）方法、卡尔曼筛选（包括减小序列卡尔曼筛选、集合卡尔曼筛选、集合平方根卡尔曼过滤和集合变换卡尔曼筛选）。这些方法使模型能够融合观测数据，提高预报精度。 **第七章：FVCOM沉积模块** 沉积模块控制着海底沉积物的运动和沉积过程，通过控制方程描述颗粒物的行为，并提供了简单的测试案例来验证模型性能。 **第八章：FVCOM生物模块** FVCOM的生物模块（FBM）可模拟海洋生态系统，包括NPZ模型（养分-浮游植物-浮游动物模型）、磷限制低养分层食物网模型等多个物种模型。FBM通过一系列方程和函数描述生物过程，用户可以根据需求选择合适的生物模块。 FVCOM是一个高度灵活和复杂的模型，能够处理多方面的海洋过程，从物理动力学到生物地球化学，为科学研究和环境管理提供了强大的工具。