海流可分为潮流和亚潮流部分，具有复杂的时空变化特征。区域海洋环流数值模拟必须通过物理上和数值上正确的开边界条件（Open Boundary Condition, OBC）来链接模拟区域与邻近大洋的潮流和亚潮流强迫。开边界条件是区域海洋降尺度模拟的必需技术，但数值开边界条件从区域海洋模式诞生的第一天起就是数值模式绕不开的不适定性难题之一（ill-posed problem）。   

    在非潮汐或亚潮环流模拟中，区域模式的开边界条件通常以自由波的方法求解，而最常用的解法是变相速度Orlanski方法，或称为Orlanski边界条件。但基于自由波方程的Orlanski边界条件并不直接适用于受外力强迫的高频潮流和受风应力强迫的亚潮流。潮汐环流的区域模式必须采用基于重力波传播的定相速度方法求解所得的Flather边界条件。问题是，在真实海洋里，受外力强迫的潮流和亚潮流同时存在，而现有的数值边界条件不能同时正确分辨边界潮和亚潮强迫，从而导致模型边界产生扰动聚集和反射，破坏模拟内区的环流解和动力过程（图1）。

图1.高分辨率内区模拟流场和低分辨率外区流场分别通过TST边界条件和Orlanski边界条件和Flather边界条件效果示意图。

    通过对流场多模态分解和基于物理与数值一致性的概念，港科大海洋动力和模拟研究团队（https://odmp.ust.hk/）开发了可以同时正确分辨边界潮和亚潮强迫的潮-亚潮数值边界条件，即TST边界条件 (Tidal-Subtidal OBC)，首次为区域和降尺度海洋模拟提供了物理和数值双适应的数值双波（潮波和非潮波）边界条件。

    TST边界条件对外区（或者边界数据）和内区解的不一致性具有高容忍度，即，在外区解或者边界数据质量较差的情况下，TST边界条件相对于Orlanski和Flather边界条件表现出更高精度和准确度，显示了TST边界条件更广泛的适用性。此外，TST边界条件除了同时考虑了对潮汐和非潮汐驱动的合理响应，还将求解逻辑、算法和代码一致地应用于三维流动和物质输运方程的求解中，保证了二维正压过程和三维斜压过程求解算法的一致性。

TST-OBC代码包安装和使用方法请参考https://odmp.ust.hk/cmoms/ 或咨询联系港科大海洋棱镜。

参考文献：

Liu, Z. and J. Gan, 2020. A modeling study of estuarine-shelf circulation using a composite tidal and subtidal open boundary condition. Ocean Modelling, 147 (2020) 101563.

Liu Z. and J. Gan, 2016. Open boundary conditions for tidally and subtidally forced circulation in a limited-area coastal model using the Regional Ocean Modeling System (ROMS), J. Geophys. Res (Oceans), 121 (8), 6184-6203, doi:10.1002/2016JC011975.

Gan, J., & Allen, J. S. (2005). On open boundary conditions for a limited-area coastal model off Oregon. Part 1: Response to idealized wind forcing. Ocean Modelling, 8(1-2), 115-133.

Gan, J., Allen, J. S., & Samelson, R. M. (2005). On open boundary conditions for a limited-area coastal model off Oregon. Part 2: Response to wind forcing from a regional mesoscale atmospheric model. Ocean Modelling, 8(1-2), 155-173.