شبیه‌سازی سه بعدی جریان‌های خلیج فارس در آب‌های عمیق و ساحلی

نوع مقاله: مقاله تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران

2 دانشیار

3 موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران

4 --

چکیده

در این تحقیق تلاش می‌شود یک سامانه پیش‌بینی جریان توسعه یافته و راه‌اندازی شود به نحوی که با در نظر گرفتن واداشت‌های اصلی شامل جزر و مد و میدان باد سطحی تخمین مناسبی از جریان‌های خلیج فارس به دست دهد و عملکرد آن سامانه در آب‌های کم عمق و عمیق توأماً مد نظر قرار گیرد. در این راستا نخست با به‌کارگیری مدل FVCOM یک سامانه شبیه‌سازی راه‌اندازی شده است. سپس مدل بر پا شده با اعمال تراز جزرومدی و میدان باد سطحی در بازه‌ای که داده میدانی موجود بوده، برای تمام خلیج فارس اجرا شده است. در ادامه‌ی کار 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 است. همچنین اثر اعمال میدان باد سطحی نیز بررسی شده‌است. سرانجام، بهترین شرایط برای اجرای مدل انتخاب شده و نتایج در ایستگاه‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است.
مقایسه نتایج حاصل از شبیه‌سازی جریان با داده‌های مشاهداتی، میزان موفقیت مدل در شبیه‌سازی جریان را نشان می‌دهد. نتایج شبیه‌سازی سه بعدی جریان با مدل FVCOM در خلیج فارس برای اندازه سرعت جریان و تراز سطح آب در مقایسه با داده-های اندازه‌گیری، تطبیق خوبی داشته است. با انجام واسنجی، مناسب‌ترین اندازه‌ شبکه برای مدل خلیج فارس تخمین زده شده و مقادیر مناسب ضریب زبری بستر برای آب کم‌عمق و عمیق یافته شده‌است. نتایج حاصل از 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 1
  • Daniel Yagi 3
  • Edris Delkhosh 1
  • Aref Farhangmehr 4
1 ---
3 Institute of Geophysics, University of Tehran
4 --
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 PG; however, most of them are concentrated on the coastal and relatively shallow water areas and presented reasonable results (e.g. Haghshenas et al., 2016). 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 are 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 simulations, FVCOM numerical model is applied and run for some time periods in which field observations are available for both current specifications and water levels. 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 1) vertical profiling of current speed and direction, 2) mid‐depth current speed and direction measurements, 3) tidal (water level) measurements, and 4) wind measurements. The data cover a wide range of spatial distribution in the Persian Gulf, including nearshore and offshore areas as well as a wide range of water depth values. Three-dimensional simulations of currents and water levels in the Persian Gulf are conducted using FVCOM open-source model. 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 obtained water level and current model results were verified against collected field observations, both in shallow and deep water areas and nearshore 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]

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