FVCOM：非结构网格有限体积法海洋模型详解

"FVCOM海洋模型是一款用于模拟和预测沿海海洋环流的数值模型，它采用了非结构网格有限体积法，具有高度的灵活性和精确性。该模型的特点和控制方程如下： 一、模型特点 1. 三角形网格：FVCOM使用无结构化非重叠的三角形网格，这种网格设计允许模型适应复杂的海岸线和海底地形，特别是在处理岛屿和近岸地区时表现出色。网格可以根据需要加密，以提高局部分辨率，同时确保网格间的计算效率。 2. 离散方法：FVCOM基于有限体积方法，将物理量存储在网格节点上，通过积分计算网格内部的物理过程。这种方法保证了守恒性，并能处理不规则边界。 3. 垂向坐标：模型采用σ坐标系统，该坐标系统自海底至海面从-1变到0，使模型能更好地处理地形变化，尤其是深水和浅水区域的转换。 4. 干湿判别法：FVCOM能区分水体和陆地，确保在干涸区域正确关闭方程，避免无效计算。 5. 2.5阶湍流闭合子模型：模型使用了紊流闭合模型，以2.5阶的精度处理湍流项，这有助于更准确地模拟混合和能量消耗。 6. 内外模分离：FVCOM可以同时处理沿海和开放海洋的流场，通过分离内部和外部模式，提高了模拟的效率和精度。 二、模型控制方程 FVCOM的控制方程包括动量方程、连续方程、温度方程、盐度方程和密度方程，它们在笛卡尔坐标系下表述。这些方程考虑了科氏力、重力、压强、温度、盐度等因素的影响，以及水平和垂直方向的扩散和粘性效应。在σ坐标系统下，这些方程被转换为适应不规则地形的形式，增强了模型的适用性。 三、模型应用 FVCOM因其快速的计算速度和高精度的结果，广泛应用于海洋环境预报、海洋生态研究、波浪动力学分析、污染物扩散模拟等领域。其灵活的网格系统和强大的物理过程处理能力使其成为沿海地区海洋建模的首选工具。 总结来说，FVCOM海洋模型通过其独特的网格系统和高级的物理过程处理，实现了对复杂沿海环境的精确模拟，为海洋科学研究和管理提供了有力的工具。"