海上溢油事故会严重破坏海洋生态环境。准确预报溢油的轨迹和归宿,可为溢油后的清油工作以及事故污染预防等提供支持。本文总结了现有的海上溢油行为与归宿数值模拟理论,基于溢油区风场预测模型、潮流水动力模型及粒子追踪法,建立了海面油膜和入水悬浮油滴运动的双层溢油预报模型。风是海上溢油迁移扩散的关键动力因素之一,溢油区风场的精确预报是油膜漂移轨迹预测的基础。本文对渤海及部分北黄海的历史风资料进行了相关分析,根据不同区域风的相关性和不同时段风的差异性,分别进行了研究海域风区划分和风时划分;根据风在每两个指定方向的转换概率、风的平均持续时间和能量水平,建立了风场的概率预测模型。模型预测出的六月份风时间序列中的高频风为4m/s的西南风,与历史样本一致。该预测模型生成的随机风时间序列可为海面溢油预报提供风动力环境。潮流是海上溢油运动的主要水动力因素。考虑到海上溢油常常发生在地形复杂的近岸水域,本文采用非结构有限体积海洋模型(FVCOM),充分发挥其拟合复杂边界的优势以及在计算区域质量动量守恒的特点,模拟预报溢油区的潮流场。基于该模型对渤海及部分北黄海的潮流进行了数值模拟,绘制了同潮图和潮流椭圆图,分析了1990年和2010年两个年代的地形岸线变化对渤海潮流的影响。基于FVCOM模型的潮流模拟可为海面溢油预报提供水动力环境。在风场预测模型和潮流水动力模型的基础上,建立了基于粒子追踪的溢油双层预报模型。为了精细模拟油在海面表层和水中悬浮层之间的交换过程以及蒸发、溶解、沉降、乳化和再悬浮等转化过程,模型采用油水分离双重网格技术。先在第一套网格中求解流场,然后在另一套更加精密的网格上,采用粒子追踪法模拟溢油的迁移和转化,以便使用油粒子和溢油网格浓度及油膜厚度实时转化技术。此外,模拟油膜扩展的经典理论大多都是基于圆形或椭圆形等较理想的油膜形状,与实际油膜形状不规则的情况不相符。为克服这一局限,本文模型采用油膜动态分块扩展技术,以便适应真实海域溢油后的油膜形状各异和油膜各处厚度不一的情况。通过模拟渤海海峡的撞船溢油事故,再现了观测油膜的运动趋势,一定程度上肯定了该溢油模型的合理性。溢油的累计蒸发量已经达到了溢油总量的50%,由此得出油膜蒸发是溢油归宿最主要的成分之一。建立的模型可以为环境敏感地区的灾前防护、灾中清油处理方式的恰当选择以及灾后应急措施的制定,提供有效的支持。