近海环境预测技术-实验

发布者:祁华发布时间:2018-04-18浏览次数:280

中国海洋大学本科生课程大纲

  

课程名称

近海环境预测技术-实验

Coastal Environmental Forecasting   Method-Experiments

课程代码

074504203299

课程属性

工作技能

课时学分

16/0.5

课程性质

选修

实践学时

12

责任教师

张学庆

课外学时

0

一、课程介绍

1.课程描述:

本课程以数值实验为主,利用计算机,采用目前常用的海洋数值模式进行潮汐、潮流、悬浮泥沙和海洋溢油数值模拟。要求学生掌握有限差分显式格式和隐式格式编程求解一维方程的方法;熟悉国际常用海洋数值模式的运行环境、能进行运行模式自带的算例;掌握数值模型前处理和后处理技术,通过数值实验,了解海洋的动力过程和物质输运过程,培养学生数值模拟实验研究兴趣和动手能力以及通过海洋数值模型发现问题、分析问题和解决问题的能力。

2.设计思路:

海洋环境是一个复杂的系统,研究方法可分为理论研究、数值模拟、实验研究和海洋调查,其中,数值模拟方法是高效又经济的研究方法,它利用日益先进的计算机技术,通过数学建模,利用有限差分、有限元或有限体积方法编程实现环境要素的模拟,以此来解释和探讨海洋环境问题的现象和发生机制,是认识海洋环境演变的重要手段。

《近海环境预测技术-实验》课程采用建模原理算法设计数据处理的教学路线,并配合尽量多的课堂演示进行学习。本课程从一维的经典差分格式入手,使学生熟悉数值模式和编程处理技巧,然后学习国际上常用的海洋数值模式(比如POMECOMDFVCOM)等,模式学习主要通过课堂讲授和上机实验相结合,通过算例熟悉模型运行环境和输入输出。最后能独立建立一个模型海区的数值模型,进行潮汐、潮流和泥沙输运、溢油漂移扩散等数值实验。

本课程的重点是经典差分格式的数值实验、常用海洋数值模式的运行方法、数据结果的分析;难点是数值格式的编程、模拟结果的过程分析。

3.课程与其他课程的关系:

先修课程:,《数值计算方法》和《物理海洋学》;并行课程:《近海环境预测技术》;后置课程:本科毕业论文/设计。本课程为环境科学专业高年级学生开设,为学生毕业论文或设计提供利用数学模型解决环境问题的技能。

二、课程目标

本课程目标是为环境科学高年级学生提供利用海洋数值模型发现问题、解决海洋环境问题的一种工具和方法,引导学生探究和创新,增强沟通和团队合作意识。到课程结束时,学生应能:

1)掌握海洋数值模型的经典差分格式,了解差分格式的特点,对经典的差分格式能进行编程求解。

2)掌握海洋数值模拟前后处理基本技能,包括数据处理、数据输入输出、数据分析等;熟悉国际常用海洋数值模式运行环境、输入输出条件,能在模型海域进行浪、潮、流、泥沙、海面溢油、质点追踪的数值模拟。

3)能针对实际问题,通过小组协作,自主设计研究方案(包括问题简化、建模、模型运行、参数实验,结果分析)展开数学模型方面的研究。并通过研究报告形式提供研究结果;提升提出问题并解决问题的能力。

三、学习要求

本课程涉及数学、物理、海洋科学和计算机程序语言和绘图语言等学科交叉内容。为顺利完成本课程任务,学生必须:

1)课前预习,对可能用到的数学、物理和程序语言要提前掌握;

2)课堂上主要是实验设计、模式演示和数据分析,学生需要积极参与;

3)涉及编程任务均在课下完成,学生需要小组协作,并需要提交数值实验报告。

四、参考教材和主要参考书

1. 选用教材

《近海环境流体动力学数值模型》孙文心、江文胜、李磊编著,科学出版社,20061第一版。

2. 主要参考书

[1]《潮汐原理与计算》,黄祖珂,黄磊.中国海洋大学出版社,2005.

[2]http://ocean-modeling.org

五、进度安排

序号

专题

主题

课时

主要内容概述

实验实践内容

1

海洋数值模型的前处理和后处理

模式数据格式;

模式输出数据及数据分析

2

常用海洋数值模式输入和输出的数据格式,时间序列数据和三维空间数据分析

安装matlab Fortran程序,熟悉软件运行环境

2

一维对流-扩散模型实验

对流方程数值实验;扩散方程数值实验

2

练习CTCSFTCSupwind等格式并进行结果分析

编写一维扩散方程的隐式格式,并用追赶法求解?

3

近海潮汐潮流模型实验

模式的初边值和水深地形数据处理;

模型主要参数实验

4

动力学模型开边界设置方法、水深地形处理方法;实验开边界潮型、海底摩擦、海面风场等对结果的影响。

模型海域的M2分潮和O1分潮的潮汐和潮流模拟,并实验水深和底摩擦对结果的影响,提交数值实验报告

4

潮流泥沙数值模拟实验

粘性、非粘泥沙参数实验

4

粘性和非粘性泥沙模块中的参数对结果的影响。

模型海域实验不同的粒径的非粘性泥沙和粘性泥沙沉积和再悬浮过程的区别,实验海底应力对结果的影响。提交数值实验报告

5

海面溢油数学模型实验

  

Fay 理论溢油的扩展油粒子方法溢油行为模拟

4

实验粒子的对流扩散运动、根据溢油的特点设置粒子的运动行为。

模型海域”“油粒子方法的迁移和扩散过程的模拟,实验粒子数目、扩散系数及海面风场对对结果的影响,提交数值实验报告。

六、成绩评定

(一)考核方式EA.闭卷考试 B.开卷考试 C.论文 D.考查 E.其他

(二)统考方式B A.统一B.提前

(三)成绩综合评分体系:

成绩综合评分体系

比例

1.课下作业、课堂讨论及平常表现

20

2.平时实验报告成绩

80

总计

100

附:作业和平时表现评分标准

1)作业的评分标准

作业的评分标准

得分

1.严格按照作业要求并及时完成,基本概念清晰,解决问题的方案正确、合理,能提出不同的解决问题方案。

90-100

2.基本按照作业要求并及时完成,基本概念基本清晰,解决问题的方案基本正确、基本合理。

70-80

3.不能按照作业要求,未及时完成,基本概念不清晰,解决问题的方案基本不正确、基本不合理。

40-60

4.不能按照作业要求,未及时完成,基本概念不清晰,不能制定正确和合理解决问题的方案。

0-30

2)课堂讨论及平时表现评分标准

课堂讨论、平常表现评分标准

得分

1.资料的查阅、知识熟练运用,积极参与讨论、能阐明自己的观点和想法,能与其他同学合作、交流,共同解决问题。

90-100

2.基本做到资料的查阅、知识的运用,能参与讨论、能阐明自己的观点和想法,能与其他其他同学合作、交流,共同解决问题。

70-80

3.做到一些资料的查阅和知识的运用,参与讨论一般、不能阐明自己的观点和想法,与其他同学合作、交流,共同解决问题的能力态度一般。

40-60

4.不能做到资料的查阅和知识的运用,不积极参与讨论,不能与其他同学合作、交流,共同解决问题。

0-30

七、学术诚信

学习成果不能造假,如考试作弊、盗取他人学习成果、一份报告用于不同的课程等,均属造假行为。他人的想法、说法和意见如不注明出处按盗用论处。本课程如有发现上述不良行为,将按学校有关规定取消本课程的学习成绩。

八、大纲审核

教学院长:院学术委员会签章: