海上溢油數(shù)值模型研究進展

牟林，鄒和平，武雙全，宋軍，李歡，徐玲玲，趙如箱

（1. 國家海洋信息中心，天津 300171；2. 山東海事局，山東 青島 266002）

海上溢油數(shù)值模型研究進展

牟林1，鄒和平1，武雙全1，宋軍1，李歡1，徐玲玲2，趙如箱2

（1. 國家海洋信息中心，天津 300171；2. 山東海事局，山東 青島 266002）

中國是海洋大國，近年來，海上活動持續(xù)增多，發(fā)生海上溢油事故的風險隨之加大，海上溢油污染事故一旦發(fā)生，如不得到及時控制，必將嚴重損害中國近海海洋環(huán)境。為了完善中國海上溢油應急反應體系，提高中國處理重大海上溢油事故的應急反應能力，開展了海上溢油污染應急技術(shù)研究。本文綜述了溢油預測模型的發(fā)展過程以及相關(guān)的研究成果，包括：溢油擴展模型、溢油漂移模型、油粒子模型和溢油風化模型等。這為進一步開展溢油預測和溢油污染應急工作提供了理論依據(jù)和參考。

海上溢油；溢油漂移模型；溢油風化模型；油粒子模型；海洋環(huán)境

1 引 言

經(jīng)濟的迅猛發(fā)展使中國的能源需求與日俱增，這加速了海洋石油運輸業(yè)和石油開采業(yè)的發(fā)展；同時也加大了海上溢油事故，尤其是重特大溢油事故的風險。海上重大溢油事故一旦發(fā)生，必將損害中國近海海洋環(huán)境，影響人民的生活，阻礙國家經(jīng)濟的發(fā)展。因此，了解海上溢油污染的成因，開展海上溢油應急關(guān)鍵技術(shù)的研究，建立、完善中國溢油應急反應體系，為溢油事故應急反應處理提供決策支持的技術(shù)平臺。提高溢油應急反應能力和技術(shù)水平刻不容緩，這不僅能為保護中國近海海域環(huán)境安全提供技術(shù)支持，也能為中國石油運輸業(yè)和開采業(yè)等行業(yè)的發(fā)展提供必要的保障。

鑒于此，本文從溢油擴展模型、溢油漂移模型、油粒子模型和溢油風化模型4個方面入手，對海上溢油行為與歸宿的預測和應急處理技術(shù)進行了分析，概括了溢油模型的發(fā)展歷史，總結(jié)了溢油模型的成果。

2 溢油數(shù)值模型介紹

在特有的海洋環(huán)境條件下，溢油會在復雜的物理、化學變化及生物的作用下，最終從海洋環(huán)境中消失。溢油在海洋中的行為和歸宿可分為3大類：（1）擴展過程：指海面油膜由于其自身的特性而導致面積增大的過程。（2）輸移過程：指在海洋環(huán)境動力要素的作用下溢油的遷移運動，包括水平方向的漂移、擴散以及垂直方向的參混、懸浮過程。（3）風化過程：指能夠引起溢油組成性質(zhì)改變的所有過程，其主要包括：蒸發(fā)、溶解、乳化、光氧化、生物降解、吸附沉降、水體的混合擴散以及生物體內(nèi)的代謝作用等[1]。從整個溢油的風化過程來看，蒸發(fā)和乳化過程在短期內(nèi)與溢油的應急反應和經(jīng)濟損害評估息息相關(guān)，但是溢油的最終歸宿取決于光氧化和生物降解，這些過程直接關(guān)系到對海洋環(huán)境的影響評估[2]。

2.1 溢油擴展模型

在有關(guān)溢油擴展的研究中，油膜的擴展范圍和厚度變化一直是研究者普遍關(guān)注的問題。早期，Blokker[3]以自由平面上的油作為擴展前提，從油膜的質(zhì)量守恒出發(fā)，建立了擴展直徑公式，該公式忽略表面張力和粘性力，只考慮重力和溢油體積，公式如下：

這里，D0為初始時刻油膜直徑（m），d0、dw分別為油和水的比重，kr為Blokker常數(shù)，V為溢油的總體積（m3）。從上式可以看出，該公式主要反映的是油在重力作用下的慣性擴展。Fay[4]提出了三階段油膜擴展理論，該理論假設在海面平靜的條件下（即不計風、流、浪等影響），大體積溢油在擴展過程中油的性質(zhì)不變且在垂向受力平衡，油膜擴展始終保持圓形，擴展范圍可以用直徑來衡量。針對油在水面的實際受力情況，全面考慮了重力、表面張力、慣性力以及粘性力的作用，將油膜擴展的過程根據(jù)各個力在不同階段所起的作用不同劃分為三個階段，即重力—慣性力階段、重力—粘性力階段以及表面張力—粘性力階段。該理論在溢油擴展模型的研究應用方面取得了開創(chuàng)性的成果。

三個階段油膜直徑的計算公式分別為：

Fay理論提出之后，眾多學者對其模型進行了改進，并在其已有的基礎上將溢油的自身擴展過程與分散過程相結(jié)合建立了各種擴展模型。例如：Wang等[5]對 Fay的第二階段即粘性擴展階段的公式進行了修正。Mackay[6,7]在 Fay第二階段公式中考慮了風的影響，結(jié)合實際觀測結(jié)果分別建立了厚油膜和薄油膜的擴展模型；Lehr等[8]對Fay理論進行了修正，考慮了風場及流場對油膜非對稱性擴展的影響，認為油膜在海洋中以橢圓而非圓形的形式向四周擴展，其長軸方向與風向一致。

除了Fay三階段油膜擴展理論模型及后來的改進模型，Okubo[9]等通過對大量觀測資料的分析，認為油膜質(zhì)量的近似正態(tài)分布為擴展所致，且油膜的直徑與質(zhì)量均方差成正比。在各項同性的條件下，油膜周邊界限保持圓形，可以通過直徑度量油膜范圍。但是 Okubo的經(jīng)驗模式只考慮了擴展作用，因而得出的油膜直徑僅與時間有關(guān)，存在較大的缺陷。而元良則認為，溢油的擴展是油具有的位能轉(zhuǎn)變?yōu)檎承砸萆⒛芎捅砻鎻埩δ艿慕Y(jié)果[10]。黃禮賢等根據(jù)實驗中凈水面點源瞬時溢油擴展尺度隨油品和溢油量的變化，分別得出油的擴展速度和擴展半徑與時間的關(guān)系。但該公式本身即為經(jīng)驗公式，而其中表示油的性質(zhì)和溢油量的函數(shù)值也都取自實驗系數(shù)[11]。

隨著溢油擴展模型的改進與發(fā)展，人們提出了一種新的模型—蒙特卡羅擴展模型。該模型將油粒子質(zhì)點的擴散看作是在湍流作用下的隨機擴散，表現(xiàn)為質(zhì)點群沿著復雜軌跡進行的混亂運動，如圖 1所示，其運動方向在某一時刻是隨機的，但這種隨機性受整個運動場的控制。可以在給予隨機數(shù)的同時，給定湍流強度、時間尺度和粒子數(shù)，從而求得標識質(zhì)點的運移距離[12]。

蒙特卡羅擴展模型利用擴散現(xiàn)象的隨機性。產(chǎn)生隨機數(shù)有2種方法，即均勻隨機數(shù)和正規(guī)隨機數(shù)方法。

圖 1 固定流體微團的湍流運動Fig. 1 Turbulent motion of solid fluid micro group

若a，b，c為-0.5到0.5之間的隨機數(shù)，則：

若a，b，c為0到1之間的正態(tài)隨機數(shù)，a，b，c均值為零，取（0，1）正態(tài)分布，則粒子在三維方向上的擴展距離為：

由此可以看出，用蒙特卡羅模型研究溢油是將代表油粒子的質(zhì)點的擴散看作是在海洋湍流作用下的隨機擴散，質(zhì)點的輸移是數(shù)學上的一個維納過程的模擬。

油粒子的水平輸移速度（u，v）包含了平流、風生表面流以及風對油膜表面的作用速度；油粒子垂直方向的輸移速度w包含了油粒子的上浮、沉降速度和海洋動力學的垂直流速；湍動擴散項、和根據(jù)式(7)或(8)求得；湍動擴散系數(shù)同三維流場相對應。由此，根據(jù)式(11)可計算任一油粒子質(zhì)點的輸移位置，大量的油粒子質(zhì)點即可表述溢油的行為過程。通過計算大量任意質(zhì)點的位置，就可以描述溢油的行為過程。

綜上所述，研究溢油的擴展過程，不得不考慮海洋環(huán)境動力要素的影響。溢油入水初期首先經(jīng)歷重力擴展階段，在此階段海流和風對油膜擴展的影響較??；隨著重力擴展減弱、溢油厚度減小，油膜過渡到剪切擴展階段，該階段受海流和風的影響顯著，油膜擴展主要由油膜底部與水、油膜上部與風之間的粘滯力驅(qū)動，流場和風場的變化起著重要作用；無風情況下，潮汐的周期性變化對油膜的擴展產(chǎn)生決定影響，漲潮時油膜常被壓縮，落潮時油膜卻常被拉伸；有風情況下，油膜的擴展除受海流和風的影響，兩者同向時油膜擴展減緩，但漂移速度加快，相反時，油膜擴展加劇但漂移速度減緩。隨著剪切擴展的衰弱、油膜厚度的減小，油膜最終過渡到隨流漂移階段。

2.2 溢油漂移模型

油膜在海面的漂移主要受制于表層流的驅(qū)動，而其上邊界直接受到風應力的作用。漂移在整個溢油動態(tài)模擬中占有最重要的地位，越靠近海岸，預測越重要。漂移運動取決于平流條件，油水界面切應力與海水運動密切相關(guān)。海面某水體微團，其水體運動受風生流、非風生流和波余流的作用[13]。風生流與非風生流是在遠大于油膜尺度的驅(qū)動力如引潮力、壓強梯度力和風應力等作用下形成的海水運動，它們并不會因油膜的存在而產(chǎn)生較大的變化。波余流則不同，根據(jù)Stokes理論，波余流的量值可以達到風速的 2%。但是油膜的存在使得表面張力增加，海面趨于平坦，波浪的非線性作用大為削弱，因此，事實上波余流是可以忽略的。由此可見，油膜平流運動的實質(zhì)就是油膜在上述驅(qū)動力作用下的拉格朗日漂移過程，其主要依賴于海面風場和流場。流場可認為是由密度流、風生流、潮流、梯度流等合成的矢量場。在近海海域，潮流和風生流是決定溢油漂移的最重要的因素。實際觀測表明，在開闊海域，溢油的漂移速度主要由風的作用決定；而在近?；蜓匕稌r，潮流的作用就不可忽視；尤其在港灣或碼頭，潮流的作用更加重要。在模型中，風對油膜的影響一般按風速的3%～4%計算，海流對油膜的影響按流速來計算。如果溢油事故發(fā)生海域受沿岸流和深海流的影響不大，用上述計算方法可獲得較好的結(jié)果?？傊?，計算油膜的漂移軌跡必須首先要獲得表層流場和風場的數(shù)據(jù)。

2.2.1 影響溢油漂移的海洋動力環(huán)境要素 主要海洋動力環(huán)境要素包括海面風場、風生流、潮流和波浪等。

（1）海面風場

海面風場在溢油漂移中起著重要的作用，表現(xiàn)在：①風作用下產(chǎn)生的風生流是影響油膜漂移的最重要因素之一；②風本身可以直接作用于油膜，驅(qū)動油膜運動，同時還能夠改變油膜擴展的形態(tài)和面積。除此之外，風的大小也會影響溢油的風化過程。

（2）風生流

風生流為海面上風的作用引起的海水流動，是溢油漂移過程中最重要的影響因素之一。在風生流中，定常風持續(xù)地作用于海面時，產(chǎn)生定常的海水流動，而當非均勻分布的定常風力作用于海面時，由于體積輸送不均勻，會形成海面起伏，從而產(chǎn)生壓強梯度力，這種風生流便包括了漂流和傾斜流兩個部分[14]。

（3）潮流

潮流是河口海岸地區(qū)最常見的水文現(xiàn)象，泥沙、鹽分、包括溢油在內(nèi)的各類污染物以及熱量的輸運過程，均與潮流運動息息相關(guān)。對于海面油膜而言，其漂移軌跡受潮流的影響除了風生流之外也是最重要的。

（4）波浪

波浪對溢油的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①波浪擾動，會影響溢油的破碎、分散和乳化（影響油滴的入水率）過程。②風浪、涌浪等非線性波產(chǎn)生的波余流，會影響溢油的漂移過程。

2.2.2 溢油漂移模型 海上溢油漂移軌跡的數(shù)值預測研究起始于20世紀60年代，眾多學者提出了各種漂移模型，絕大多數(shù)結(jié)合了溢油的擴展與擴散過程，以下列舉幾個具有代表性的模型進行概述：

（1）Coast Guard（II）模型

該模型由Miller等建立[15]，利用流體動力學模型和風模型聯(lián)合求解海流速度和預測油膜運動軌跡。風模型由風應力壓強梯度力和科氏力平衡而建立，并考慮了水面附近風應力摩擦的影響，流體動力學模型則考慮了污染物離散的垂向平均二維模型，風模型計算的風速輸入動力學模型，從而預測油膜的運動軌跡[16]。本模型著重考慮了風的動力作用。

（2）SEADOCK模型

該模型由Williams等建立[17]，模型將近海、外海的風速矢量通過權(quán)重系數(shù)協(xié)調(diào)，再通過與表面海流矢量的疊加，進而預測油膜在風、海流作用下的漂移運動，得出油膜質(zhì)心位移。該模型在計算油膜漂移時，認為整個油膜在質(zhì)心周圍按圓形均勻的分布，每計算一步，都采用Fay擴展公式計算的擴展直徑作為此時油膜擴延范圍，且考慮了蒸發(fā)和溶解引起的一階衰減，沉淀量按油層體積的 1%考慮，風場通過馬爾科夫模型編制，但沒有考慮科氏力對風和流的影響。

（3）Navy模型

由Webb等[18]建立的美國海軍Navy模型主要用于預測油輪和溢油的漂移運動，模型中考慮了潮流、河流入流、地轉(zhuǎn)流以及風生流的作用，建立了油膜質(zhì)心的位移公式。不考慮油膜自身的擴展是該模式的一個缺點。

（4）其它模型

在國內(nèi)，黃禮賢等[11]在實驗中通過將海流流速矢量、風速矢量和油膜擴展的速度矢量進行合成，建立了一種擴散模型，得到了油膜邊緣任意點不同時刻不同方向上的漂移速度，并由此計算出相應點在該時刻的位移，達到了預報油膜的漂移軌跡的效果。武周虎和趙文謙[19]建立了一種瞬時溢油模型，模型中考慮油膜在質(zhì)心周圍的分布近似于橢圓，長軸與每時刻的漂移方向一致，采用歐拉—拉格朗日方法先求得了油膜質(zhì)心運動軌跡，再求得油膜擴展尺度。此外，通過計算漂移過程中邊緣質(zhì)點的軌跡，則可以刻畫油膜的不規(guī)則形狀和發(fā)展過程。

2.3 油粒子模型

2.3.1 油粒子的概念 最早提出油粒子模型的Johansen對油粒子的概念進行了闡述：油膜在水體中被視為眾多離散油粒子的組合，“粒子擴散”就是將濃度場模擬為由大量粒子組成的“云團”，其中的每一個粒子表征一定數(shù)量的示蹤物質(zhì)。這些小油粒在表面流的影響下，便會隨海流移動和分散。模型粒子的平流過程具有拉格朗日性質(zhì)，可用拉格朗日方法模擬，而剪切流和湍流引起的湍流擴散過程屬于隨機運動，可用隨機走動法來模擬，也就是將湍流視為一種隨機流場，而每個模型粒子在湍流場中的運動則類似于流體分子的布朗運動，由于每個粒子的隨機運動而導致整個粒子“云團”在水體中的擴散[20,21]。當粒子在表面時表現(xiàn)為油膜，在水體中時粒子則表現(xiàn)為油滴，表面油膜的大小為表面粒子的疊加。溢油在水表面的漂移和風化過程采用表面擴散、平移、輸送、乳化和蒸發(fā)的算法來模擬計算。因此，油膜的運動取決于周圍水體的平流和湍流擴散運動。

2.3.2 油粒子追蹤模型 采用拉格朗日粒子追蹤模型可以對溢油的遷移軌跡進行描述。由于油粒子是具有一定體積和一定質(zhì)量的微團，結(jié)合溢油在海上的擴展、漂移、湍流擴散、蒸發(fā)和溶解等過程，可以計算溢油的運動軌跡和歸宿。為了模擬溢油軌跡，將溢油離散為大量的油粒子，每個油粒子代表一定的油量，在表層流和風的共同作用下漂移擴散[21]。

油粒子在一段時間內(nèi)的運動過程分為：擴展過程，平流過程和擴散過程。用確定性方法模擬油粒子的平流過程，用隨機走動法來模擬湍流擴散過程，擴展過程仍采用Fay三階段擴展公式來計算。

拉格朗日粒子追蹤軌跡用下式表示：

式中，X0，Y0為某質(zhì)點的初始坐標。

模型的擴展過程仍采用Fay三階段擴展公式計算出油膜的擴展速度。根據(jù)大量現(xiàn)場觀察，F(xiàn)ay提出擴散終止時的溢油面積和體積之間的關(guān)系

通過油粒子質(zhì)點坐標的追蹤即可計算溢油擴展漂移軌跡和影響區(qū)域。溢油污染影響面積一般是指油膜的掃海面積，即油膜在一定時間內(nèi)經(jīng)過的海域面積。計算時取一定時間內(nèi)所有粒子經(jīng)過的海域的面積。

2.4 溢油風化過程及模型

2.4.1 溢油的風化過程

溢油的風化過程包含了蒸發(fā)、溶解、乳化、分散、吸附沉降、光氧化及生物降解多個過程。有關(guān)溢油的風化過程，國內(nèi)眾多學者進行了相關(guān)研究。楊慶霄等[22]研究了中國幾種油蒸發(fā)過程中表面張力、密度、粘度的變化，并建立了相應的風化公式。嚴志宇[2]應用淺盤蒸發(fā)法對原油及其乳化物的蒸發(fā)進行了模擬，考察了不同原油在不同階段和乳化狀態(tài)下的蒸發(fā)特征，得出了蒸發(fā)速率方程及乳化對蒸發(fā)抑制作用因子；此外，其通過對油水運動規(guī)律的觀測和分析，分析了乳化動力學過程，并以組成和狀態(tài)是決定風化特征的主要因素和聯(lián)系各風化過程的紐帶的思想為前提建立了溢油風化預測模型。李瓊[23]通過分析海洋溢油風化特點，在參考已有風化預測模型的基礎上，將挪威SINTEF風化模型與美國 ADIOS風化模型結(jié)合在一起，研發(fā)了溢油風化預測系統(tǒng)軟件。溢油的風化包括：溢油的蒸發(fā)、溢油的溶解、溢油的分散、溢油的乳化、溢油的吸附和沉降以及溢油的光氧化與生物降解。

2.4.2 溢油風化模型

目前，風化的研究逐步轉(zhuǎn)入機理性研究階段，憑借現(xiàn)代化的分析手段，深入定量地考察風化過程中油的組成、性質(zhì)變化及風化過程內(nèi)部機理，主要有以下幾種模型：

（1）IKU模型

IKU模型由挪威科技工業(yè)研究院（SINTEF）研發(fā)。該模型以實驗室的大量數(shù)據(jù)為基礎，其輸入部分包括實驗數(shù)據(jù)和環(huán)境條件，前者包括油的蒸餾曲線、新鮮油的性質(zhì)、最大吸水能力及分散劑的粘性限制等，模型的輸出有蒸發(fā)損失、油的總質(zhì)量平衡、物性變化、水含量、分散量及使用分散劑和現(xiàn)場焚燒的時間預測。

新鮮油組分信息由蒸餾曲線給出，蒸發(fā)過程采用準組分法，計算公式為：

分散過程用Delvigne and Sweeney[24]提出的經(jīng)驗方程計算：

這里， ，0分別為風化油和初始油的粘度（厘泊）；w為含水率。

模型有大型的數(shù)據(jù)庫作為支撐，包括有200多種油品的性質(zhì)、蒸餾曲線和實驗室風化數(shù)據(jù)。該模型通過對原油性質(zhì)的預測可估計如機械回收、用分散劑或破乳劑的化學處理及現(xiàn)場燃燒的有效時間，模型還可與漂移模型結(jié)合，同時跟蹤幾個油膜的性質(zhì)。

（2）ADIOS模型

ADIOS是美國NOAA/HMRAD發(fā)展的新型風化模型，其涉及到了三個油的性質(zhì)（密度、粘性和含水量）和四個物理過程（擴展、蒸發(fā)、水包油分散、油包水乳化）。

模型計算時，油膜的擴展過程采用修正的 Fay公式計算，蒸發(fā)過程用Stiver and Mackay（1984）的公式計算：

分散過程用經(jīng)過修正的 Delvigne and Sweeney[24]的公式計算。

乳化含水率用Mackay首次提出的霧化公式計算，即：

式中，Y是水同乳化物的體積比；Yf是完全乳化之后水同乳化物的體積比；常數(shù)k在未發(fā)生乳化的情況下為0，一般情況下，k=1.6×10-6s/m2。

密度的計算是根據(jù)Mackay等運用的模型中假設密度與蒸發(fā)分數(shù)及溫度的變化成線性關(guān)系來計算的：

這里，m為混合物的密度（kg/m3）；0為參考密度（kg/m3）；T0為參考溫度（K）； f為油蒸發(fā)掉的部分；c1和c2為在溢油性質(zhì)基礎上的試驗參數(shù)。

粘度用Mooney公式計算：

式中c3=2.5，c4=0.65，c5=5.0，c6是用一條曲線表示的。

（3）OSIS

OSIS是英國的 Warren Spring Laboratory（WSL）和BMT Ceemaid Ltd.（BMT）聯(lián)合研制的溢油模型系統(tǒng)，系統(tǒng)中對溢油風化過程的模擬包括蒸發(fā)、乳化和分散對油殘余量的影響及密度、粘度和閃點的變化[23]。

模型中，蒸發(fā)過程亦采用Stiver和 Mackay的公式計算。乳化過程通過隨機走動跟蹤模型允許油滴垂直移估計。蒸發(fā)過程中油密度和粘度的變化用與蒸發(fā)體積分數(shù)成線性關(guān)系的公式來計算。乳化物的粘度用Mackay等提出的公式計算，由于實驗表明不同油的參數(shù)不同，故式中的該值用實際測試結(jié)果，而瀝青烯含量的平均值用于缺省的情況?？梢?，除乳化過程外，OSIS采用的方程和ADIOS基本相似，只是對方程的一些參數(shù)作了修正。

（4）Sebastiao & Guedes–Soares 模型

該模型分別采用和OSIS相同的公式模擬溢油蒸發(fā)、乳化及粘度的變化等，用Reed[25]提出的公式計算分散過程：

D為由分散而使海面每小時損失的分數(shù)； 為膜厚（cm）；St為油—水界面張力（達因/厘米）；U為風速（m/s）； 為粘度（厘泊）。

該模型最大的改進是同時計算風化各過程，即將各方程聯(lián)立成微分方程組來反映風化中各過程同時發(fā)生，且相互影響這一實際情況，但這種影響只表現(xiàn)在殘留油體積同時受蒸發(fā)、分散、乳化等的影響，并未反映通過組分和狀態(tài)的改變對內(nèi)部的影響，這些需通過風化機理的研究找出其內(nèi)在聯(lián)系，而不能用數(shù)學方法簡單地解決。

2.4.3 小結(jié)

有關(guān)溢油風化模型的缺陷，可做出如下歸納：①實驗數(shù)據(jù)的缺乏，使得大多數(shù)溢油風化模型借助了經(jīng)驗方程。經(jīng)驗方程很少建立在大量研究的基礎上，會影響預測的準確性。雖然一些模型通過實驗數(shù)據(jù)校正了方程的參數(shù)以增強模擬的準確性，但是由于不同種類的油和風化過程的復雜性使得一套參數(shù)不一定適用于每種油，從而模型的普適性和實際性會受到影響。②溢油的風化過程是相當復雜的，各個過程之間相互影響和制約，但是目前模型對于風化過程的研究基本上都是將各過程分離出來單獨研究，很難將所有的過程融合在一起。對于溢油風化各過程的聯(lián)系應建立在內(nèi)因，即溢油的組成和狀態(tài)上，某一過程會通過改變油的組成和狀態(tài)而影響其它過程，這種影響應建立在風化機理的研究基礎之上，只通過數(shù)學方程是無法解決的。③溢油事件中有許多內(nèi)在的（如油本身的風化引起的組成變化）和外界的（如地理環(huán)境的變化、人為干預等）因素會影響溢油的質(zhì)量平衡。傳統(tǒng)模型中由于各風化過程的獨立計算，很少有反映出內(nèi)因?qū)е碌囊缬驮诖怪狈较虻姆植嫉牟煌?。為使模型更實用，地理環(huán)境的改變（如近岸擱淺）和人為干預（如各種清除操作）等因素也應在質(zhì)量平衡預測中反映出來，但在大多數(shù)模型中未曾見到。

將來風化模型的發(fā)展應建立在大量的基礎研究之上，尋找溢油各風化過程的本質(zhì)特征和微觀機理，并揭示各過程相互影響的內(nèi)在機制，使其更真實而周全地反映實際情況，提高模型的準確性和實用性。

3 結(jié) 語

本文綜述了溢油預測模型發(fā)展過程中的研究成果，從溢油擴展模型、溢油漂移模型、油粒子模型和溢油風化模型4個方面對海上溢油預測模型進行了系統(tǒng)的介紹和分析。在溢油擴展模型方面，對溢油擴展范圍和厚度隨海洋動力要素的變化進行了分析、推算，確定了擴展半徑的計算依據(jù)；在溢油漂移模型方面，通過分析表層流和風對溢油的影響，確定了溢油漂移路徑的計算方法；在油粒子模型方面，根據(jù)已有的油粒子概念，分析了其運動方式；在溢油風化模型方面，深入分析了風化過程中的內(nèi)部機理。這為業(yè)務化海上溢油預報預警系統(tǒng)的研制提供了依據(jù)和參考。

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Numerical model research on the ocean oil spill

MU Lin1, ZOU He-ping1, WU Shuang-quan1, SONG Jun1, LI Huan1, XU Ling-ling2,ZHAO Ru-xiang2

(1. National Marine Data and Information Service, Tianjin 300171, China; 2. Shandong Maritime Safety Administration, Qingdao 266002, China)

Recently, with the increase of our active oceanic operations, the risks of ocean oil spill accidents are considerable in China. Ocean oil spill is one kind of serious disasters which severely damage the marine environment.Aiming at improving the contingency reaction system and the resolving ability for the oil spill accident, the relative technologies on oil pollutions response are researched. This paper briefly introduces the development process and reaction achievements of the oil spill predicting models, including the Oil Spill Extension Model, the Oil Spill Drift Model, the Oil Particle Model and the Oil Spill Weathering Model, which provide the theoretic criterions for the future work on oil spill predicting and reacting.

oil spill；oil spill drift model；oil spill weathering model；oil particle model；marine environment

P731.2

A

1001-6932(2011)04-0473-08

2011-01-09 ；

2011-05-02

國家發(fā)展與改革委員會高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展項目( 2008-311-000-035 )；海洋公益性行業(yè)科研專項（200905001）。

牟林 ( 1977－ )，男，博士，副研究員。電子郵箱：moulin1977@hotmail.com。