شبیه‌سازی سه‌بعدی جریان‌های خلیج فارس در آب‌های عمیق و ساحلی

نوع مقاله: مقاله تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه فیزیک فضا، موسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 استادیار، گروه فیزیک فضا، موسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران

3 دانشیار، گروه فیزیک فضا، موسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران

4 محقق پسادکتری، گروه فیزیک فضا، موسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران

5 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، شرکت دانش بنیان ژرف دریا پژوهش پارس، تهران، ایران

6 --

چکیده

در این تحقیق تلاش می‌شود یک سامانه پیش‌بینی جریان توسعه بیابد و راه‌اندازی شود. در این سامانه با درنظر گرفتن واداشت‌های اصلی شامل جزر و مد و میدان باد سطحی، تخمین مناسبی از جریان‌های خلیج فارس به‌دست می‌آید و عملکرد سامانه در آب‌های کم‌عمق و عمیق توأمان بررسی می‌شود. در این راستا، نخست با به‌کارگیری مدل FVCOM، سامانه شبیه‌سازی راه‌اندازی شده است. سپس مدل برپا شده با اعمال تراز جزر و مدی و میدان باد سطحی در بازه‌ای که داده میدانی موجود بوده، برای تمام خلیج فارس اجرا شده است. در ادامه، با مقایسه تراز سطح آب و اندازه سرعت جریان در چند ایستگاه، مدل برای پارامترهای ضریب زبری بستر، اندازه شبکه، تعداد ترازهای سیگما در راستای قائم، واسنجی و صحت‌سنجی شده و اثر اعمال میدان باد سطحی نیز بررسی شده است. سرانجام، بهترین شرایط برای اجرای مدل انتخاب و نتایج ایستگاه‌های مختلف بررسی شده است.
    مقایسه نتایج شبیه‌سازی جریان با داده‌های مشاهداتی، میزان موفقیت مدل را در شبیه‌سازی جریان نشان می‌دهد. داده‌های اندازه‌گیری و نتایج شبیه‌سازی سه‌بعدی جریان با مدل FVCOM در خلیج فارس برای اندازه سرعت جریان و تراز سطح آب، همخوانی خوبی با هم دارند. با انجام واسنجی، مناسب‌ترین اندازه شبکه برای مدل خلیج فارس تخمین زده شده و مقادیر مناسب ضریب زبری بستر برای آب کم‌عمق و عمیق به‌دست آمده ‌است. نتایج این شبیه‌سازی نشان می‌دهد مدل حاضر در هر دو بخش آب کم‌عمق و عمیق از دقت مناسبی برخوردار است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

3D Numerical Modelling of Shallow and Deep Water Currents in the Persian Gulf

نویسندگان [English]

  • Shokufeh Razzaghi 1
  • Seyyed Abbas Haghshenas 2
  • sarmad ghader 3
  • Daniel Yagi 4
  • Edris Delkhosh 5
  • Aref Farhangmehr 6
1 M.Sc. Graduated, Department of Space Physics, Institute of Geophysics, University of Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Department of Space Physics, Institute of Geophysics, University of Tehran, Iran
3 Associate Professor, Department of Space Physics, Institute of Geophysics, University of Tehran, Iran
4 Ph.D. Graduated, Department of Space Physics, Institute of Geophysics, University of Tehran, Iran
5 M.Sc., Researcher at Persian Oceans Research Co., Tehran, Iran
6 --
چکیده [English]

A 3D current and water level forecasting system is developed for the whole Persian Gulf in this study, in order to offer a reasonable response for the needs to provide a better understanding of coastal and gulf-scale hydrodynamic processes in this important body of water. There are a couple of research attempts published during the past decades on the hydrodynamics and circulation of the Persian Gulf; however, most of them were concentrated on the coastal and relatively shallow water areas and presented reasonable results. Hence, this study aims to improve model performance in deep water areas while the accuracy of tidal and wind-driven current parameters in shallow water results is acceptable. The most important driving forces, including tides and surface winds, are taken into consideration in simulations, in order to provide relatively accurate estimations of hydrodynamic parameters in the Persian Gulf.
    For water level and current three-dimensional simulations, FVCOM numerical open-source model is applied and run for some time periods in which field observations are available for both current specifications and water levels in the Persian Gulf. The open boundary data are adopted from OTPS global model and the input wind field data are applied from WRF wind modeling over the whole body of water. The model results were calibrated for a number of parameters selected in an extensive sensitivity analysis program and optimum values are selected for the under-study parameters. A comprehensive set of field measurements is collected, whose main objective is to provide sufficient and reliable input data for current simulations in the Persian Gulf in both deep and shallow areas. The collected survey parameters are mainly focused on: vertical profiling of current speed and direction; mid‐depth current speed and direction measurements; tidal (water level) measurements; and wind measurements. The data covers a wide range of spatial distribution in the Persian Gulf, including near-shore and offshore areas as well as a wide range of water depth values.
    In this study, the obtained water level and current model results are verified against collected field observations, both in shallow and deep water areas and near-shore and offshore regions. Consequently, the optimum settings for obtaining accurate model results in both shallow and deep water areas are reported. The results of this research are of great help to understand the hydrodynamics of the Persian Gulf and provide a basis for more accurate estimations of forecasted current and water level parameters over the study area.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Persian Gulf
  • Water Levels and Currents
  • 3D Hydrodynamic Simulations
  • FVCOM model
  • Deep Water Currents

حاج رسولیها، ا.، حسن زاده، ا.، رضایی لطیفی، ع.، 1395، نقش فرایندهای فیزیکی بر نحوه توزیع آلاینده­های نفتی در خلیج فارس: پژوهش­های اقلیم­شناسی، 15، 93-106.

شرکت مهندسین مشاور آب و محیط خاورمیانه، 1392، مطالعات اندازه‌گیری میدانی حد فاصل جزایر کیش و قشم.

قادر، س.، یازجی، د.، سلطان‌پور، م.، نعمتی، م. ح.، 1395، به­کارگیری یک سامانه همادی توسعه داده شده برای مدل WRF جهت پیش‌بینی میدان باد سطحی در محدوده خلیج فارس: مجله هیدروفیزیک، 1، 41-54.

Alosairi, Y., Imberger, J., and Falconer, R. A., 2011, Mixing and flushing in the Persian Gulf (Arabian Gulf): Journal of Geophysical Research: Oceans, 116(C3).

Azizpour, J., Chegini, V., Khosravi, M., and Einali, A., 2014, Study of the physical oceanographic properties of the Persian Gulf, strait of Hormuz and gulf of Oman based on PG-GOOS CTD measurements: Journal of the Persian Gulf, 5(18), 37-48.

Baird and JWERC, 2009, Final Report: Tidal model of the Persian Gulf. monitoring and modeling studies of Iranian coastline, phases II and III, Port and Maitime Organization (PMO).

Chen, C., Beardsley, R. C., Cowles, G., Qi, J., Lai, Z., Gao, G., Stuebe, D., Xu, Q., Xue, P., Ge, J., and Ji, R., 2013, An unstructured grid, finite-volume community ocean model FVCOM user manual: Department of Fisheries Oceanography, SMAST.

ETOPO2v2, 2006. doi: 10.7289/V5J1012Q.

Ezam, M., Bidokhti, A. A., and Javid, A. H., 2010, Numerical simulations of spreading of the Persian Gulf outflow into the Oman Sea: Ocean Science, 6(4), 887.

Hagen, S. C., Zundel, A. K, and Kojima, S., 2006, Automatic, unstructured mesh generation for tidal calculations in a large domain: International Journal of Computational Fluid Dynamics, 20(8), 593-608.

Haghshenas, S. A., Razavi Arab, A., Bakhtiary, A., Jedari Attari, M., Risk, M. J., 2016,

 

Decadal evolution of Mond River Delta, the Persian Gulf, in Vila-Concejo, A., Bruce, E., Kennedy, D. M., and McCarroll, R. J., eds.,Proceedings of the 14th International Coastal Symposium (Sydney, Australia): Journal of Coastal Research, Special Issue, 75, 805-809, Coconut Creek (Florida), ISSN 0749-0208.

Kämpf, J., and Sadrinasab, M., 2006, The circulation of the Persian Gulf: a numerical study: Ocean Science, 2(1), 27-41.

Memari, S., Siadatmousavi, M. S., 2018, Numerical modeling of heat and Brine discharge near Qeshm Desalination Plant: International Journal of Coastal and Offshore Engineering, 2(1), 27-35.

MEWE, 2014, Current modelling report, Frooz-B field development, 40 p.

Mortazavi, M. S., Hamzei, S., Motallebi, A. A., Kim, H. G., Reguera, B., Hallegraeff, G. M., Lee, C. K., Han, M. S., and Choi, J. K., 2012, Preliminary studies on HAB monitoring in the Persian Gulf and Oman Sea using remote

 

     sensing data from ocean color sensor MODIS: Harmful Algae, 71-73.

Reynolds, R. M., 1993, Physical oceanography of the Gulf, Strait of Hormuz, and the Gulf of Oman—Results from the Mt Mitchell expedition: Marine Pollution Bulletin, 27, 35-59.

Swift, S. A., and Bower, A. S., 2003, Formation and circulation of dense water in the Persian/Arabian Gulf: Journal of Geophysical Research: Oceans, 108(C1).

UMASSD Technical Report-13-0701, University of Massachusetts-Dartmouth.

Vic, C., Roullet, G., Capet, X., Carton, X., Molemaker, M. J., and Gula, J., 2015, Eddy‐topography interactions and the fate of the Persian Gulf Outflow: Journal of Geophysical Research: Oceans, 120(10), 6700-6717.

Yao, F., and Johns, W. E., 2010, A HYCOM modeling study of the Persian Gulf: 1. Model configurations and surface circulation: Journal of Geophysical Research: Oceans, 115(C11).