MIKE 21FM 、MIKE 3 FM，流体动力学和传输模块，科学文档
对MIKE 21 & MIKE 3 Flow Model FM, Hydrodynamic and Transport Module, Scientific Documentation的中文翻译。
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原文档位置：MIKE 21 Documentation
目录
1 引言 2 控制方程 2.1 笛卡尔坐标系下的三维控制方程 2.1.1 浅水方程 2.1.2 盐度和温度输运方程 2.1.3 标量...
1 引言
2 控制方程
2.1 笛卡尔坐标系下的三维控制方程
2.1.1 浅水方程 模型基于三维不可压缩雷诺平均 Navier–Stokes 方程的求解，并采用 Boussinesq 假设与静水压力假设。 局部连续方程写为： ...
2.2 球坐标与 σ 坐标下的三维控制方程
在球坐标系中，自变量为经度 $\lambda$ 与纬度 $\phi$。水平速度场 $(u,v)$ 定义为： $$ u=R\cos\phi\frac{d\lambda}{dt}\qu...
2.3 笛卡尔坐标下的二维控制方程
2.3.1 浅水方程 对水平动量方程与连续方程在水深 $h=\eta+d$ 上做垂向积分，可得到二维浅水方程： $$ \frac{\partial h}{\partial t}+...
2.4 球坐标下的二维控制方程
在球坐标中，自变量为经度 $\lambda$ 与纬度 $\phi$。水平速度场 $(\overline{u},\overline{v})$ 定义为：$$ \overline{u}=R...
2.5 底部应力（Bottom Stress）
底部应力 $\vec{\tau}_{b}=(\tau_{bx},\tau_{by})$ 由二次摩擦定律确定： $$ \frac{\vec{\tau}_{b}}{\rho_{0}}=...
2.6 风应力（Wind Stress）
在无冰覆盖区域，表面应力 $\vec{\tau}_{s}=(\tau_{sx},\tau_{sy})$ 由水面上方风场决定，经验关系为： $$ \vec{\tau}_{s}=\rh...
2.7 冰盖（Ice Coverage）
可考虑冰盖对流场的影响。 在海面被冰覆盖的区域，风应力被排除，表面应力改由冰面粗糙度引起。表面应力 $\vec{\tau}_{s}=(\tau_{sx},\tau_...
2.8 潮汐势（Tidal Potential）
潮汐势是由地球、月球与太阳相对运动引起的重力变化所产生的体力，作用于整个计算域。该强迫在频率空间展开，可表示为多个潮汐分潮的叠加。模型以“平衡潮”（equilibrium tide）...
2.9 波浪辐射应力（Wave Radiation）
可在模拟中考虑短周期波破碎产生的二阶应力。辐射应力作为平均流的驱动力，可用于计算波生流。对三维模拟采用简化处理：辐射应力在垂向上取均匀分布（uniform variation）。
2.10 热交换（Heat Exchange）
与大气的热交换基于以下四个物理过程计算： • 潜热通量（蒸发导致的热损失） • 显热通量（对流导致的热通量） • 净短波辐射 ...
3 数值求解
3.1 空间离散
求解域内的离散采用有限体积法（finite volume method）。空间域通过将连续体划分为互不重叠的单元/网格单元（cells/elements）来离散。 ...
3.2 时间积分（Time Integration）
考虑一般形式的方程： $$ \frac{\partial\boldsymbol{U}}{\partial t}=\boldsymbol{G}\big(\boldsymbol{U}\...
3.3 边界条件（Boundary Conditions）
3.3.1 封闭边界（Closed boundaries） 沿封闭边界（陆地边界），所有变量的法向通量强制为零。对动量方程而言，这对应陆地边界全滑移（full-slip）。对浅水方...
4 入渗与渗漏（Infiltration and Leakage）
在原本为干地的淹没（flooding）情景中，地表层（surface zone）的入渗（infiltration）与渗漏（leakage）效应可能十分重要。模型可通过两种方式之一加以考虑：净入渗...
5 射流源（Jet Sources）
喷流/羽流（jets/plumes）的模拟基于近场（nearfield）喷流积分解与远场（farfield）水动力流动模型（MIKE 3 Flow Model FM）之间的动态耦合。
5.1 近场计算（Nearfield Calculations）
近场解基于 Jirka (2004) 所述的积分喷流模型方程，通过在给定环境条件下求解体积通量与动量通量、盐度与温度（若包含）等守恒方程，确定喷流/羽流的稳态解。 ...
5.2 近场区域末端（End of Nearfield region）
一般而言，当喷流相对于环境流的驱动特征（动量与浮力）衰减后，即到达近场区末端，其体积与标量质量可转移至远场区并由环境流扩散输运。该情况可在不同情形下发生： - 横向来流中的喷流...
5.3 近场—远场耦合（Nearfield-Farfield model coupling）
近场与远场耦合包括两部分：读取环境条件作为近场喷流模型输入，以及在近场结束时将喷流排放释放到远场水动力模型。 环境流条件可取喷流位置处的局地条件，或取上游环境条件（...
6 验证（Validation）
新的有限体积模型已在多种基础、理想化工况下成功测试，在这些工况中计算结果可与解析解或文献资料进行对比。该模型也已在更自然的地球物理条件下应用与测试，包括大洋尺度、内陆架、河口、湖泊...