Time-domain modelling of global barotropic ocean tides

Abstract

Traditionally, ocean tides have been modelled in frequency domain with forcing of selected tidal constituents. It is a natural approach, however, non-linearities of ocean dynamics are implicitly neglected. An alternative approach is time-domain modelling with forcing given by the full lunisolar potential, i.e., all tidal constituents are included. This approach has been applied in several ocean tide models, however, a few challenging tasks still remain to solve, for example, the assimilation of satellite altimetry data. In this thesis, we present DEBOT, a global and time-domain barotropic ocean tide model with the full lunisolar forcing. DEBOT has been developed "from scratch". The model is based on the shallow water equations which are newly derived in geographical (spherical) coordinates. The derivation includes the boundary conditions and the Reynolds tensor in a physically consistent form. The numerical model employs finite differences in space and a generalized forward-backward scheme in time. The validity of the code is demonstrated by the tests based on integral invariants. DEBOT has two modes for ocean tide modelling: DEBOT-h, a purely hydrodynamical mode, and DEBOT-a, an assimilative mode. We introduce the assimilative scheme applicable in a time-domain model, which is an alternative to existing...

Oceánské slapy se tradičně modelují ve frekvenční oblasti s buzením na vybraných slapových frekvencí. Je to přírozený přístup, nicméně nelinearity oceánské dynamiky nejsou přímo zahrnuty. Alternativou je modelování v časové oblasti s buzením, které je dáno kompletním lunisolárním slapovým potenciálem, tj. všechny slapové frekvence jsou zahrnuty. Tento přístup byl uplatněn v několika oceánských slapových modelech, nicméně stále zůstavá pár problémů k vyřešení, například asimilace satelitních altimetrických dat. V této práci představujeme DEBOT, globální a časový barotropní oceánský slapový model s úplným lunisolárním buzením. DEBOT byl vyvinut "od píky". Základem modelu jsou rovnice mělké vody, které jsou nově odvozeny v geografických (sférických) souřadnicích. Odvození zahrnuje okrajové podmínky a Reynoldsův tenzor ve fyzikálně konzistentním tvaru. Numerický model je řešen v prostoru metodou konečných diferencí a v čase zobecněným forward-backward schématem. Funkčnost kódu je demonstrována testy na zachování integrálních invariantů. DEBOT má dva módy pro modelování oceánských slapů: DEBOT-h, čistě hydrodynamický mód, a DEBOT-a, asimilační mód. Navrhli jsme asimilační schéma vhodné pro časový model, které představuje alternativu k existujícím frekvenčním technikám, jež jsou používány v ostatních asimilačních...