潮汐作用
關注創建者：C乘風破浪 創建時間：2022-01-09
潮汐作用的實例教程
<p>本案例模擬了一海灘表面上的潮汐力作用下飽和滲流運動以及鹽分的遷移擴散運動，模型如圖1所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202201/b18f177f79114a919fe6083a5e71b5da.png" alt="m2.png"></p><p class="ql-align-center">圖1</p><p>鹽分場的濃度擴散分布結果如圖2所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202201/54bf832538954207947a77895b23c394.png" alt="m1.png"></p><p class="ql-align-center">圖2</p><p>鹽濃度動態分布結果如圖3所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202201/eb01daf4f5c5494dabe39cd2e8ba6d3a.gif" alt="鹽分輸送.gif"></p><p class="ql-align-center">圖3</p><p>滲流場速度流線變化如圖4所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202201/54476f02153a47ed9fdffa05fbcbaf77.gif" alt="流線.gif"></p><p class="ql-align-center">圖4</p><p>感興趣的朋友，如想詳細了解仿真過程，可下載模型源文件進行查看，歡迎進行交流！</p><p><br></p><p><br></p>
展開 本文將采用TELEMAC/TOMAWAC耦合有限元模型來研究潮汐作用對波浪的影響，利用0.5×0.6 bespoke工作波模型預測北海南部Greater Gabbard海上風電場附近的波浪情況，并提出一個波浪預警模型。
02
模型建立
在TELEMAC2D和TOMAWAC的耦合模擬中，我們采用相同的水平方向的二維網格，如圖1所示：
模型內部邊界靠近風力發電廠站點邊界（黑點處），包括Wavenet Waverider浮標所在的位置（紅色三角形），外部為開放邊界。
我們將根據英國海洋數據中心（British Oceanographic Data Centre, BODC）提供的數據對模型進行校準和驗證。
一、潮汐模型
我們采用TELEMAC2D生成Gabbard模型來模擬探測點區域的潮汐作用，并在開放邊界處添加潮汐作用力（采用11種作用力模型：M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1、Q1、M4、MS4和MN4)。
我們從英國海洋數據中心（BODC）的開放數據庫中提取了時間長度為22天的潮汐數據，用于驗證Gabbard模型得出的時間序列。
對比潮汐流動的速度大小和方向可以得出，模擬值的周期與觀測值完全一致。TELEMAC2D模擬得出的速度的平均值與BODC的數據有16%的相對偏差，且速度在春季時偏低。
展開 對于潮汐作用較強的海港，設計高水位要求取為高潮累積頻率10%或歷時累積頻率1%的潮位，設計低水位要求取為低潮累積頻率90%或歷時累積頻率98%的潮位，可以利用一年或多年的實測潮位資料進行統計計算。而極端高、低水位則要求利用多年的年最高、最低潮位資料，依照海洋工程結構物的重要程度，通過擬合某一極值理論分布曲線以推算到得多年一遇的最高、最低潮位值。規范中，極端高水位要求采用重現期為50年一遇的高、低潮位，并使用連續20年以上的年最高潮位和年最低潮位實測資料進行計算。
在API RP 2MET中，HAT、LAT對應于我國規范中設計高、低水位；而疊加了風暴潮的Highest still water level和Lowest still water level對應于極端高、低水位。
展開 在驗證了該模型計算結果與測量值具有良好一致性后，對一系列場景進行了模擬，以預測港口處水面高度受過往船只數量、間隔距離、減速距離、潮汐作用的影響而變化的情況。
與單艘恒速通過的船只相比，有船只同行和在上游減速這兩個因素，會導致港口內船舶顛簸加劇，系泊力明顯上升，在安全設計時要格外注意。
當我們在2018年6月獲得這些圖像時，這對NASA團隊來說是一個很大的安慰，因為它標志著好奇號在火星這個塵土飛揚的地方重新開始工作
火星月食
這幅圖像顯示了直徑22公里的火衛一穿越太陽的過程，好奇號在這樣的觀測中測得的準確的過境時間，有助于科學家了解火衛一與火星之間的潮汐相互作用。
云層在火星上空閃閃發光
在火星稀薄的大氣層中，極少量的水蒸氣會形成云層，尤其是在一年中較涼的時候，好奇號在其任務中多次觀察到頭頂上的薄云。
像素構建另一個世界的非凡視角
這幅令人驚嘆的全景圖是火星表面迄今為止分辨率最高的全景圖（18億像素），于2019年底由好奇號拍攝。
一名機器人地質學家開始研究天文學
好奇心暫停下來，拍攝了地球及其行星鄰居的合影，前景顯示火星上的懸崖，在空中，可以看到金星和地球在塵土飛揚的傍晚天空中像星星一樣出現。
火山更高的區域
2020年夏天，好奇號的科學團隊開始將這輛探測車開往夏普山的一個更高的新區域，在那里它將探索富含硫酸鹽礦物的巖石。
鉆入地下，紅色星球有各種各樣的顏色
我們都知道火星是紅色星球，這是我們在夜空中看到的，但是，一旦我們向內部鉆一個很小的深度，顏色就會大不相同。好奇號已經成功地進行了29次鉆探，沉積物顯示出從石色到藍灰色的各種色調，反映了穿過古代巖石的礦物和流體。
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在驗證了該模型計算結果與測量值具有良好一致性后，對一系列場景進行了模擬，以預測港口處水面高度受過往船只數量、間隔距離、減速距離、潮汐作用的影響而變化的情況。
趨勢上也幾乎符合，數值相差的部分可能來源于地中海與大西洋的潮汐相互作用，如有必要，可以劃定更大的研究區域，建立統一模型以減少誤差。
圖6 水位站點Trieste處的測量值（黑線）與模型結果（藍線）對比
B.在墨西哥灣進行相似的波浪與水位校準工作。經比較后，墨西哥灣比較適合使用ERA5數據集作為數據輸入。
<p>本案例模擬了一海灘表面上的潮汐力作用下飽和滲流運動以及鹽分的遷移擴散運動，模型如圖1所示。
譬如大壩的水位隨著潮汐的作用一天內會不同，導致不同時間段對大壩的水壓也不同。再譬如汽車在大橋上行駛，每一個時刻車子所在位置不同，對橋的荷載自然也不同了。
當我們在2018年6月獲得這些圖像時，這對NASA團隊來說是一個很大的安慰，因為它標志著好奇號在火星這個塵土飛揚的地方重新開始工作
火星月食
這幅圖像顯示了直徑22公里的火衛一穿越太陽的過程，好奇號在這樣的觀測中測得的準確的過境時間，有助于科學家了解火衛一與火星之間的潮汐相互作用。
對于潮汐作用較強的海港，設計高水位要求取為高潮累積頻率10%或歷時累積頻率1%的潮位，設計低水位要求取為低潮累積頻率90%或歷時累積頻率98%的潮位，可以利用一年或多年的實測潮位資料進行統計計算。而極端高、低水位則要求利用多年的年最高、最低潮位資料，依照海洋工程結構物的重要程度，通過擬合某一極值理論分布曲線以推算到得多年一遇的最高、最低潮位值。
一、潮汐模型
我們采用TELEMAC2D生成Gabbard模型來模擬探測點區域的潮汐作用，并在開放邊界處添加潮汐作用力（采用11種作用力模型：M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1、Q1、M4、MS4和MN4)。
