專(zhuān)利名稱(chēng)：海上溢油漂移路徑及擴(kuò)散快速預(yù)報(bào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋科學(xué)與海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及海上溢油漂移路徑及擴(kuò)散快速預(yù)報(bào)方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)自1993年由石油出口國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)槭瓦M(jìn)口國(guó)以來(lái)，原油進(jìn)口量不斷上升。2009 年我國(guó)已成為世界第二大原油進(jìn)口國(guó)，對(duì)外依存度超過(guò)了 50%的警戒線，達(dá)到了 51.四％。 近幾年來(lái)隨著我國(guó)海洋石油工業(yè)和海上石油運(yùn)輸業(yè)的迅猛發(fā)展，海上石油勘探、開(kāi)發(fā)、海底管線鋪設(shè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，而同時(shí)船舶以及各種海上溢油事故頻繁發(fā)生，海上溢油的風(fēng)險(xiǎn)也大大加劇。海上溢油事故一旦發(fā)生，將會(huì)嚴(yán)重破壞我國(guó)海洋與陸域的生態(tài)環(huán)境，同時(shí)也將給我國(guó)帶來(lái)不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。因此，開(kāi)展海上溢油應(yīng)急關(guān)鍵技術(shù)研究，建立溢油應(yīng)急反應(yīng)系統(tǒng)，準(zhǔn)確快速的預(yù)報(bào)海上溢油漂移路徑及擴(kuò)散情況，為溢油事故應(yīng)急反應(yīng)、處置提供決策支持的技術(shù)平臺(tái)是非常必要的，不僅可以為保護(hù)我國(guó)近海海域的環(huán)境安全提供技術(shù)支持，同時(shí)也將促進(jìn)我國(guó)航運(yùn)業(yè)的安全發(fā)展。由于針對(duì)海上溢油路徑和擴(kuò)散的快速預(yù)報(bào)技術(shù)涉及高效的整合物理海洋環(huán)境相關(guān)的動(dòng)力學(xué)計(jì)算以及全自動(dòng)的數(shù)據(jù)下載以及實(shí)時(shí)的圖形可視化系統(tǒng)，目前關(guān)于溢油預(yù)報(bào)的相關(guān)技術(shù)多基于經(jīng)驗(yàn)和觀察追蹤，成本較高而預(yù)報(bào)效率較低，并且由于沒(méi)有耦合海洋動(dòng)力學(xué)模型致使在物理海洋環(huán)境急劇變化的情況下無(wú)法準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)海洋溢油的漂移路徑以及擴(kuò)散情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)的不足，提供一種海上溢油漂移路徑及擴(kuò)散的快速預(yù)報(bào)方法。本發(fā)明方法有機(jī)的耦合海上觀測(cè)數(shù)據(jù)、大氣與海洋動(dòng)力學(xué)模型、油品數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的溢油模型以及實(shí)時(shí)的可視化系統(tǒng)，使其達(dá)到快速預(yù)報(bào)海洋溢油漂移路徑及擴(kuò)散情況的要求，其具體步驟如下(參見(jiàn)

圖1)第1、收集歷史數(shù)據(jù)并建立多年氣象場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)；第2、由大氣預(yù)報(bào)模型依據(jù)第1步所建立數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，計(jì)算預(yù)報(bào)漏油相關(guān)海區(qū)的風(fēng)場(chǎng)；第3、實(shí)時(shí)獲取漏油相關(guān)海區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)觀測(cè)數(shù)據(jù)并對(duì)第1步所建立的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新；當(dāng)有現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)同化，進(jìn)一步優(yōu)化由第2步大氣預(yù)報(bào)模型預(yù)報(bào)的風(fēng)場(chǎng)結(jié)果；第4、基于第3步風(fēng)場(chǎng)結(jié)果，通過(guò)海浪模型計(jì)算出相關(guān)海區(qū)波浪場(chǎng)；第5、基于NA099全球潮汐模型所提供的8個(gè)分潮M2、S2、N2、K2、Kl、01、Pl、Ql的調(diào)和常數(shù)給出潮汐與環(huán)流的開(kāi)邊界條件；第6、以第2步大氣預(yù)報(bào)模型優(yōu)化后的風(fēng)場(chǎng)結(jié)果、第4步大氣預(yù)報(bào)模型所耦合之波浪模型給出的波浪場(chǎng)、以及第5步潮汐與環(huán)流的開(kāi)邊界條件作為強(qiáng)迫場(chǎng)，使用海洋動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算得出包含潮流和風(fēng)海流的三維流場(chǎng)；第7、對(duì)溢油情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，基于油品數(shù)據(jù)庫(kù)和所監(jiān)測(cè)到的溢油情況，通過(guò)耦合以上第6步所計(jì)算出的三維流場(chǎng)、第4步所計(jì)算出的波浪場(chǎng)與第3步所得風(fēng)場(chǎng)，使用包括溢油擴(kuò)展和漂移軌跡預(yù)測(cè)模型、風(fēng)化模型在內(nèi)的溢油模型計(jì)算出溢油漂移路徑以及擴(kuò)散結(jié)果；第8、通過(guò)可視化技術(shù)將海上溢油漂移路徑及擴(kuò)散的預(yù)報(bào)結(jié)果直觀展示出來(lái)。其中，第3步所述的實(shí)時(shí)獲取漏油相關(guān)海區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的方法是，使用下載工具定時(shí)自動(dòng)下載觀測(cè)站服務(wù)器提供的常規(guī)地面觀測(cè)數(shù)據(jù)、常規(guī)探空觀測(cè)數(shù)據(jù)、船舶觀測(cè)數(shù)據(jù)、 衛(wèi)星海面風(fēng)觀測(cè)數(shù)據(jù)與衛(wèi)星輻射觀測(cè)數(shù)據(jù)。第3步所述的數(shù)據(jù)同化方法以及風(fēng)場(chǎng)的優(yōu)化方法是，數(shù)據(jù)下載之后，首先進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換與質(zhì)量控制，然后利用3DVAR方法進(jìn)行數(shù)據(jù)同化，為預(yù)報(bào)所使用的海洋動(dòng)力學(xué)模型提供初始場(chǎng)與時(shí)變邊界條件；采用并配置WRF-ARW大氣動(dòng)力學(xué)模型為所關(guān)注海區(qū)提供風(fēng)場(chǎng)以及相關(guān)氣象條件未來(lái)48小時(shí)的預(yù)報(bào)；該模型采用完全可壓縮非靜力歐拉方程組，水平網(wǎng)格采用Arakawa C 網(wǎng)格，垂直坐標(biāo)采用目前國(guó)際上廣泛應(yīng)用的基于質(zhì)量的地形追隨η坐標(biāo)。第6步所述的三維流場(chǎng)的計(jì)算方法是采用海浪數(shù)值模型SWAN來(lái)計(jì)算漏油相關(guān)海區(qū)的海浪分布情況及變化，在運(yùn)行權(quán)利要求3所述的大氣動(dòng)力學(xué)模型的同時(shí)，每十五分鐘輸出一次風(fēng)場(chǎng)并驅(qū)動(dòng)該海浪數(shù)值模型，海浪譜在每一個(gè)格點(diǎn)上取36個(gè)頻率和12個(gè)方向，通過(guò)對(duì)源函數(shù)項(xiàng)和傳播項(xiàng)的積分，求得未來(lái)48小時(shí)內(nèi)每小時(shí)輸出一次的波浪場(chǎng)；基于以上第3步計(jì)算所得的風(fēng)場(chǎng)、第4步計(jì)算所得的波浪場(chǎng)，以及來(lái)自于ΝΑ099全球潮汐模型所提供的8個(gè)分潮M2、S2、N2、K2、K1、01、P1、Q1的調(diào)和常數(shù)作為FVCOM海洋動(dòng)力學(xué)模型的強(qiáng)迫條件與開(kāi)邊界條件，在權(quán)利要求3所述WRF-ARW大氣動(dòng)力學(xué)模型與以上所述SWAN模型運(yùn)算完畢后，SHELL腳本自動(dòng)運(yùn)行FVCOM海洋動(dòng)力學(xué)模型，并計(jì)算獲取該海區(qū)未來(lái)48小時(shí)的三維流場(chǎng)；其中所述的FVCOM海洋動(dòng)力學(xué)模型是一個(gè)自由海表面、流體靜力學(xué)和Boussinesq近似的、原始方程組的海洋模型。第7步所述的計(jì)算出溢油漂移路徑以及擴(kuò)散結(jié)果的方法是構(gòu)筑包括溢油擴(kuò)展和漂移軌跡預(yù)測(cè)模型、風(fēng)化模型在內(nèi)的溢油模型，具體步驟包括第7. 1、溢油擴(kuò)展和漂移軌跡預(yù)測(cè)模型本發(fā)明將溢油運(yùn)動(dòng)的過(guò)程分為自身擴(kuò)展和紊動(dòng)擴(kuò)散兩個(gè)階段進(jìn)行考慮；前一階段根據(jù)經(jīng)典的Fay理論修正溢油擴(kuò)展和漂移軌跡預(yù)測(cè)模型計(jì)算，后一階段采用油粒子方法模擬，再通過(guò)“油膜粒子化”將兩階段進(jìn)行銜接；第7. 1. 1、在第一階段即自身擴(kuò)展階段，根據(jù)Fay理論，油膜的自身擴(kuò)展階段即為溢油初期的重力-慣性力平衡階段；該階段內(nèi)重力-慣性力占主導(dǎo)，由于油水密度差引起油膜加速塌落，形成油的初始運(yùn)動(dòng)，油膜擴(kuò)展直徑r為
權(quán)利要求
1.一種海上溢油漂移路徑及擴(kuò)散的快速預(yù)報(bào)方法，其特征在于該方法的具體步驟如下第1、收集歷史數(shù)據(jù)并建立多年氣象場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)；第2、由大氣預(yù)報(bào)模型依據(jù)第1步所建立數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，計(jì)算預(yù)報(bào)漏油相關(guān)海區(qū)的風(fēng)場(chǎng)；第3、實(shí)時(shí)獲取漏油相關(guān)海區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)觀測(cè)數(shù)據(jù)并對(duì)第1步所建立的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新； 當(dāng)有現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)同化，進(jìn)一步優(yōu)化由第2步大氣預(yù)報(bào)模型預(yù)報(bào)的風(fēng)場(chǎng)結(jié)果；第4、基于第3步風(fēng)場(chǎng)結(jié)果，通過(guò)海浪模型計(jì)算出相關(guān)海區(qū)波浪場(chǎng)； 第5、基于NA099全球潮汐模型所提供的8個(gè)分潮112、52、擬、1(2、1(1、01、？1、01的調(diào)和常數(shù)給出潮汐與環(huán)流的開(kāi)邊界條件；第6、以第2步大氣預(yù)報(bào)模型優(yōu)化后的風(fēng)場(chǎng)結(jié)果、第4步大氣預(yù)報(bào)模型所耦合之波浪模型給出的波浪場(chǎng)、以及第5步潮汐與環(huán)流的開(kāi)邊界條件作為強(qiáng)迫場(chǎng)，使用海洋動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算得出包含潮流和風(fēng)海流的三維流場(chǎng)；第7、對(duì)溢油情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，基于油品數(shù)據(jù)庫(kù)和所監(jiān)測(cè)到的溢油情況，通過(guò)耦合以上第6步所計(jì)算出的三維流場(chǎng)、第4步所計(jì)算出的波浪場(chǎng)與第3步所得風(fēng)場(chǎng)，使用包括溢油擴(kuò)展和漂移軌跡預(yù)測(cè)模型、風(fēng)化模型在內(nèi)的溢油模型計(jì)算出溢油漂移路徑以及擴(kuò)散結(jié)果； 第8、通過(guò)可視化技術(shù)將海上溢油漂移路徑及擴(kuò)散的預(yù)報(bào)結(jié)果直觀展示出來(lái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第3步所述的實(shí)時(shí)獲取漏油相關(guān)海區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的方法是，使用下載工具定時(shí)自動(dòng)下載觀測(cè)站服務(wù)器提供的常規(guī)地面觀測(cè)數(shù)據(jù)、常規(guī)探空觀測(cè)數(shù)據(jù)、船舶觀測(cè)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星海面風(fēng)觀測(cè)數(shù)據(jù)與衛(wèi)星輻射觀測(cè)數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，第3步所述的數(shù)據(jù)同化方法以及風(fēng)場(chǎng)的優(yōu)化方法是，數(shù)據(jù)下載之后，首先進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換與質(zhì)量控制，然后利用3DVAR方法進(jìn)行數(shù)據(jù)同化，為預(yù)報(bào)所使用的海洋動(dòng)力學(xué)模型提供初始場(chǎng)與時(shí)變邊界條件；采用并配置WRF-ARW大氣動(dòng)力學(xué)模型為所關(guān)注海區(qū)提供風(fēng)場(chǎng)以及相關(guān)氣象條件未來(lái) 48小時(shí)的預(yù)報(bào)；該模型采用完全可壓縮非靜力歐拉方程組，水平網(wǎng)格采用Arakawa C網(wǎng)格， 垂直坐標(biāo)采用目前國(guó)際上廣泛應(yīng)用的基于質(zhì)量的地形追隨η坐標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，第6步所述的三維流場(chǎng)的計(jì)算方法是 采用海浪數(shù)值模型SWAN來(lái)計(jì)算漏油相關(guān)海區(qū)的海浪分布情況及變化，在運(yùn)行權(quán)利要求3所述的大氣動(dòng)力學(xué)模型的同時(shí)，每十五分鐘輸出一次風(fēng)場(chǎng)并驅(qū)動(dòng)該海浪數(shù)值模型，海浪譜在每一個(gè)格點(diǎn)上取36個(gè)頻率和12個(gè)方向，通過(guò)對(duì)源函數(shù)項(xiàng)和傳播項(xiàng)的積分，求得未來(lái) 48小時(shí)內(nèi)每小時(shí)輸出一次的波浪場(chǎng)；基于以上第3步計(jì)算所得的風(fēng)場(chǎng)、第4步計(jì)算所得的波浪場(chǎng)，以及來(lái)自于ΝΑ099全球潮汐模型所提供的8個(gè)分潮Μ2、S2、Ν2、Κ2、Κ1、01、PI、Ql的調(diào)和常數(shù)作為FVCOM海洋動(dòng)力學(xué)模型的強(qiáng)迫條件與開(kāi)邊界條件，在權(quán)利要求3所述WRF-ARW大氣動(dòng)力學(xué)模型與以上所述 SWAN模型運(yùn)算完畢后，SHELL腳本自動(dòng)運(yùn)行FVCOM海洋動(dòng)力學(xué)模型，并計(jì)算獲取該海區(qū)未來(lái) 48小時(shí)的三維流場(chǎng)；其中所述的FVCOM海洋動(dòng)力學(xué)模型是一個(gè)自由海表面、流體靜力學(xué)和 Boussinesq近似的、原始方程組的海洋模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，第7步所述的計(jì)算出溢油漂移路徑以及擴(kuò)散結(jié)果的方法是構(gòu)筑包括溢油擴(kuò)展和漂移軌跡預(yù)測(cè)模型、風(fēng)化模型在內(nèi)的溢油模型，具體步驟包括第7. 1、溢油擴(kuò)展和漂移軌跡預(yù)測(cè)模型本發(fā)明將溢油運(yùn)動(dòng)的過(guò)程分為自身擴(kuò)展和紊動(dòng)擴(kuò)散兩個(gè)階段進(jìn)行考慮；前一階段根據(jù)經(jīng)典的Fay理論修正溢油擴(kuò)展和漂移軌跡預(yù)測(cè)模型計(jì)算，后一階段采用油粒子方法模擬， 再通過(guò)“油膜粒子化”將兩階段進(jìn)行銜接；第7. 1. 1、在第一階段即自身擴(kuò)展階段，根據(jù)Fay理論，油膜的自身擴(kuò)展階段即為溢油初期的重力-慣性力平衡階段；該階段內(nèi)重力-慣性力占主導(dǎo)，由于油水密度差引起油膜加速塌落，形成油的初始運(yùn)動(dòng)，油膜擴(kuò)展直徑r為r {t) = cl{^gvt1y油膜自身擴(kuò)展持續(xù)時(shí)間為tf = (C2Zo1)iNm (υ · Ag)-1/3式中，V為油膜體積，Ag為約化重力加速度，Ag= (1-P0/Pjg, P ω為海水密度，P ^為油膜密度，υ為運(yùn)動(dòng)黏性系數(shù)，C1, C2均為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，t為時(shí)間；Fay理論是建立在靜水假定基礎(chǔ)上的，認(rèn)為油膜成圓形擴(kuò)展，而實(shí)際海況下油膜擴(kuò)展過(guò)程具有明顯的各向異性特征，因此該種方法將Fay模型的擴(kuò)展直徑加以訂正，訂正后的短軸仍按上述公式計(jì)算，長(zhǎng)軸1改為i =r+cC0W ω為風(fēng)速，c，δ, ε為與油的種類(lèi)、性質(zhì)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；在油膜漂移過(guò)程中，油膜質(zhì)心的漂移軌跡采用歐拉-拉格朗日追蹤法，在風(fēng)和潮流的作用下，油膜中心初始位置&，經(jīng)At時(shí)間后漂移到了新的位置S，其中 (^0+AtS = S0+ I VLdt,jtO這里\為拉格朗日速度；油膜中心的漂移速度和方向是表面海流和風(fēng)所引起的流速之矢量和，即V0 = vw+aD · va其中Vtl為油膜中心漂移速度，νω為海面流速，va為海面10米處風(fēng)速，a為風(fēng)漂流系數(shù)， D為引入漂流偏角的一轉(zhuǎn)換矩陣；第7. 1. 2、在第二階段即紊動(dòng)擴(kuò)散階段采用油粒子方法模擬，將第一階段末的油膜轉(zhuǎn)化為一系列的粒子，即將油膜分割成N個(gè)小單元，其中每個(gè)小單元代表溢油體積的一部份；根據(jù)油膜質(zhì)心的位置(X(l，y。)，求出每個(gè)油粒子所在的位置(Xi，yi)，i = 1，L，N;根據(jù)計(jì)算機(jī)的容量和運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)確定粒子總數(shù)N，而用附加體積參數(shù)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)油粒子特性的模擬，即將某個(gè)油粒子的體積參數(shù)定義為\，其所占油膜總體積的百分比為fi，則每個(gè)油粒子的特征體積為Vi = & · Vtl，其中，V0為溢油的初始體積；這樣，油粒子模型中不同規(guī)模的溢油量就通過(guò)油粒子總數(shù)和特征體積的不同來(lái)體現(xiàn)；再根據(jù)確定的油粒子總數(shù)，采用油粒子方法對(duì)紊動(dòng)擴(kuò)散階段的溢油的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬，便可獲得溢油的擴(kuò)散面積和油膜厚度；在垂直方向上，油粒子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程主要表現(xiàn)為油粒子在波浪的擾動(dòng)下以微滴的形式進(jìn)入水體內(nèi)部，處在水體內(nèi)部某一深度處的油滴在湍流作用下做垂直的隨機(jī)走動(dòng)，入水油滴在浮力的作用下便可浮出水面；導(dǎo)致溢油入水的最直接最主要的因素為破碎波，波浪破碎和攪動(dòng)使溢油自表面進(jìn)入水體內(nèi)部，反復(fù)的波浪破碎使油滴擴(kuò)散到水體的深層； 根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)公式，溢油入水量與波要素之間的關(guān)系為= 1 _ eC2.iH! /LVo _這里C2 = -2.53x10-3 IV^m，Hs為有效波高，L為波長(zhǎng)，Ve為入水體積，V0為溢油的初始體積，t為時(shí)間；根據(jù)上述公式和權(quán)利要求4中所述海浪數(shù)值模型SWAN提供的波浪場(chǎng)，溢油入水的過(guò)程便可以模擬出來(lái)； 第7. 2、溢油風(fēng)化模型溢油在風(fēng)化的過(guò)程中，溢油的量會(huì)不斷地減少；油粒子的風(fēng)化包括蒸發(fā)、溶解和乳化過(guò)程，在這些過(guò)程中油粒子的組成發(fā)生改變，但油粒子水平位置沒(méi)有變化；由于油粒子組分是不斷變化的，一方面是由于溶解、蒸發(fā)過(guò)程對(duì)各組分具有選擇性，另一方面乳化過(guò)程中油膜中的含水率發(fā)生變化；采用多組分法模擬油粒子中各組分的變化過(guò)程；多組分法是將油粒子假設(shè)為多種碳?xì)浠衔锝M成的混合物，因此需基于油品特性數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)各個(gè)單獨(dú)組分蒸發(fā)、溶解過(guò)程進(jìn)行分別計(jì)算，最后求出總的油粒子組分隨時(shí)間變化過(guò)程，具體計(jì)算方法如下第7. 2.1、蒸發(fā)過(guò)程油膜蒸發(fā)受油分、氣溫和水溫、溢油面積、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射和油膜厚度因素的影響，假定①在油膜內(nèi)部擴(kuò)散不受限制；②油膜完全混合；③油組分在大氣中的分壓與蒸氣壓相比可忽略不計(jì)； 則蒸發(fā)率由下式表示其中N為蒸發(fā)率；ke為物質(zhì)輸移系數(shù)；Psat為蒸氣壓；R為氣體常數(shù)；T為溫度；M為分子量；P為油組分的密度；i為各種油組分，kei由下式估算其中k為蒸發(fā)系數(shù)；Sci為組分i的蒸氣khmidts數(shù)，A為油分子粒徑，U為動(dòng)性系數(shù)。 第7. 2. 2、乳化過(guò)程 ①形成水包油乳化物過(guò)程油向水體中的運(yùn)動(dòng)機(jī)理包括溶解、擴(kuò)散、沉淀；水流的紊動(dòng)能量將油膜撕裂成油滴，形成水包油的乳化；在惡劣天氣狀況下最主要的擴(kuò)散作用力是波浪破碎，而在平靜的天氣狀況下最主要的擴(kuò)散作應(yīng)力是油膜的伸展壓縮運(yùn)動(dòng)，從油膜擴(kuò)散到水體中的油分損失量計(jì)算為D = Da · Db其中Da是進(jìn)入到水體的分量，Db是進(jìn)入到水體后沒(méi)有返回的分量其中μ &為油的粘度；hs為油的化學(xué)穩(wěn)定性系數(shù)；Υ。w為油-水界面張力； 油滴返回油膜的速率為②形成油包水乳化物過(guò)程油中含水率變化可由下式平衡方程表示R1和&分別為水的吸收速率和釋出速率，由下式給出其中JCx為最大含水率；yw為實(shí)際含水率-M為油中浙青的重量比含量；Wax為油中石蠟的重量比含量^pK2分別為吸收系數(shù)和釋出系數(shù)； 第7. 2. 3、溶解過(guò)程溶解率用下式表示其中為組分i的溶解度；為組分i的摩爾分?jǐn)?shù)諷為組分i的摩爾重量；Ksi為溶解傳質(zhì)系數(shù)，由下式估算 Ksi = 2. 36 · IO^ei 其中第7. 2. 4、熱量遷移蒸氣壓與粘度受溫度影響，而且觀察發(fā)現(xiàn)通常油膜的溫度要高于周?chē)拇髿夂退w， 其中①油膜與大氣之間的熱量遷移可表達(dá)為其中Ttjil為油膜溫度；為大氣溫度；P a為大氣密度；Cpa為大氣的熱容量；已為大氣 Prandtl數(shù)(普蘭德數(shù))當(dāng)蒸發(fā)可忽略不計(jì)時(shí)，^可簡(jiǎn)單用下式計(jì)算②太陽(yáng)輻射油膜接受的太陽(yáng)輻射取決于許多因素，其中最重要的為溢油位置、日期、時(shí)刻、云層厚度以及大氣中的水、塵埃、臭氧含量；一天中的太陽(yáng)輻射變化可假定為正弦曲線其中tsimrise為日出時(shí)刻即午夜后秒數(shù)；tsimset為日落時(shí)刻即午夜后秒數(shù)；Td為日長(zhǎng)，即,sunset _ , sunrise,Z — Z +1dTd由下式計(jì)算Td = a · cos (tan Φ · tan ζ )其中φ為緯度；ζ為太陽(yáng)傾斜角度，即太陽(yáng)在正午時(shí)與赤道平面的角度，其中Is。為太陽(yáng)常數(shù)；η為一年中日數(shù)，ω S為日出的小時(shí)角度，正午時(shí)為0，每小時(shí)等于 15度，上午為正，下午為負(fù)；Kt為系數(shù)，晴天時(shí)Kt = 0. 75,隨著云層厚度增加而減少；很大一部分的太陽(yáng)輻射到達(dá)地面時(shí)已被反射，因此凈熱量輸入為 (1-a) · H(t)其中a為漫射系數(shù)(albedo)；③蒸發(fā)熱損失蒸發(fā)將引起油膜熱量損失
全文摘要
海上溢油漂移路徑及擴(kuò)散的快速預(yù)報(bào)方法。包括建立氣象場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)；由大氣預(yù)報(bào)模型計(jì)算預(yù)報(bào)漏油相關(guān)海區(qū)的風(fēng)場(chǎng)；通過(guò)海浪模型計(jì)算出波浪場(chǎng)，基于NAO99全球潮汐模型所提供的8個(gè)分潮的調(diào)和常數(shù)給出潮汐與環(huán)流的開(kāi)邊界條件，以此作為強(qiáng)迫場(chǎng)，使用海洋動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算得出包含潮流和風(fēng)海流的三維流場(chǎng)；基于油品數(shù)據(jù)庫(kù)和所監(jiān)測(cè)到的溢油情況，使用包括溢油擴(kuò)展和漂移軌跡預(yù)測(cè)模型、風(fēng)化模型在內(nèi)的溢油模型計(jì)算出溢油漂移路徑以及擴(kuò)散結(jié)果；通過(guò)可視化技術(shù)將預(yù)報(bào)結(jié)果直觀展示出來(lái)，為海上溢油事故緊急處理等相關(guān)決策提供科學(xué)依據(jù)。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102156817SQ20111008949
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月11日
發(fā)明者姜曉軼, 宋軍, 李歡, 李琰, 牟林, 鄒和平 申請(qǐng)人:國(guó)家海洋信息中心