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 $\vec{\tau}_{s}=(\tau_{sx},\tau_{sy})$ 由二次摩擦定律确定:
$$ \frac{\vec{\tau}_{s}}{\rho_{0}}=c_{f}\vec{u}_{s}\left|\vec{u}_{s}\right|\tag{2.91} $$
其中:$c_f$ 为阻力系数,$\vec{u}_s=(u_s,v_s)$ 为表层下方的流速。对应的摩擦速度为:
$$ U_{\tau s}=\sqrt{c_{f}\left|\vec{u}_{s}\right|^{2}}\tag{2.92} $$
对二维计算,$\vec{u}_s$ 取水深平均速度;阻力系数可由 Manning 系数 $M$ 给出:
$$ c_{f}=\frac{g}{\left(Mh^{1/6}\right)^{2}}\tag{2.93} $$
Manning 系数可由粗糙高度估算:
$$ M=\frac{25.4}{k_{s}^{1/6}}\tag{2.94} $$
对三维计算,$\vec{u}_s$ 为距表面下方 $\Delta z_s$ 处的速度;假设表面至该点之间满足对数剖面,则:
$$ c_{f}=\frac{1}{\left(\frac{1}{\kappa}\ln\left(\frac{\Delta z_{s}}{z_{0}}\right)\right)^{2}}\tag{2.95} $$
其中:$\kappa=0.4$,$z_0$ 为粗糙长度尺度;粗糙边界时:
$$ z_{0}=m k_{s}\tag{2.96} $$
其中:$m\approx 1/30$。
若指定冰厚,则水位将按冰厚的 $\rho_{ice}/\rho_{water}$ 比例被抑制,其中 $\rho_{ice}=971\,\mathrm{kg/m^{3}}$,$\rho_{water}$ 为水体实际密度。