波浪反射系数谱的特征分析

应用斜向不规则波反射系数的改进两点法(MTPM),用模型试验研究了混凝土护面堤和块石护面堤波浪反射系数的频率谱和方向谱,结果表明,分析的反射系数随入射波频率的增加、结构坡度的减小和入射角的加大而减小.给出了波浪反射系数频率谱及其随Iribarren数变化的规律,提出了反射系数三维谱的经验公式,由此可定量地描述斜向不规则波的反射系数随无量纲特征参数Iribarren数和入射波角度的变化规律.     

优化系数的四阶吸收边界条件

在波动方程正演模拟或偏移计算中往往要在边界上加上吸收边界条件来消除人工边界的虚假反射.传统的吸收边界条件方程阶数较低,对大角度入射波的吸收效果不理想.本文基于Higdon提出的渐进吸收边界条件方法,推导出四阶吸收边界条件方程,并提出了一种新的吸收边界条件角度参数的优化选择方法.实验证明应用此优化系数的四阶吸收边界条件对全角度入射的入射波都有较好的吸收效果.     

声波在水-多孔介质海底界面上的反射与透射

声波在海底界面的反射和透射是海底散射、海底混响、海底目标探测的重要问题。利用Biot多孔介质声传播理论对声波在水-多孔海底界面上的反射和透射进行了分析,具体给出反射声波的反射系数,3种透射声波的透射系数以及声能透射系数随入射波入射角和频率(10~40 kHz)的变化关系,分析了各种透射波对透射声能的贡献。多孔海底介质参数分别采用Stoll和Chotiros给出的2组参数进行理论计算。     

开孔沉箱与斜向波作用的理论研究和实验验证

应用透空壁内流体速度与壁两侧的压力差成正比的线性模型,研究了无限多个开孔沉箱在斜向波作用下的反射问题。整个流域被分成无限多个子域,在每个子域内应用特征函数展开法对速度势进行展开。对于沉箱内的波浪运动,根据沉箱位置引入相位差概念。在构造反射波模型时,考虑了结构物几何形状周期性的影响。结果表明,当孔隙系数无限大时,开孔墙前后的速度非常接近,反射系数符合能量守恒定律。在低频入射波作用下,沉箱越短,其反射系数越小,反射系数随着角度的变大而减小。     

恒定流对潜堤波浪反射系数影响研究

为研究恒定均匀流对直立潜堤波浪反射系数的影响,采用了高阶边界元方法和混合欧拉-拉格朗日时间步进方法更新瞬时自由水面,运用基于二次形状函数的网格重分方案结合四阶龙格库塔方法更新时间积分,并运用两点法得到淹没潜体前的反射系数。将数值模拟得到的波面数据与物理模型试验结果进行对比,两者吻合良好。通过数值模拟研究给出了入射波周期、水流流速、潜堤相对宽度和相对淹没深度对反射系数的影响。结果表明,水流流速和潜堤相对淹没深度对反射系数影响较大,潜堤相对宽度的影响相对较小;水流的存在会使入射波周期等参数对反射系数的影响程度发生改变,在实际工程设计时应考虑水流对潜堤防浪效果的影响。     

无限水深聚焦波完全非线性数值模拟

基于势流理论提出一种新的高阶边界元方法对无限水深的聚焦波浪进行完全非线性数值模拟.自由水面满足完全非线性边界条件,模拟波浪的非线性效果可以达到更高阶.利用镜像原理,建立一种全新的格林函数应用到无限水深的数值波浪水槽中,以致于两无限深水槽侧壁的积分可以被排除.为了产生相应的入射波和吸收出流波浪,一个由点源组成的造波装置被布置于计算域内,同时人工阻尼层被用来吸引出流波浪,由波浪聚焦的方法得到极限波浪.通过开展线性和完全非线性聚焦波浪的数值实验及与理论解对比,验证本数值模型可以用来模拟无限深水域的极限波浪,且在出流边界没有反射.     

印度洋预报系统混合层深度预报检验

利用Argo浮标资料和Rama浮标资料对印度洋海洋环境数值预报系统2010-03-06—2013-05-31的24h混合层深度产品进行了预报精度检验。与Argo浮标数据对比表明:预报与观测绝对平均误差为13m,24h混合层深度预报平均偏浅10m以内;对苏门答腊岛附近海域(5°S~4°N,87°~99°E)的混合层深度预报平均偏浅20m,该海域预报平均风速偏小1.6m/s是可能原因;其它海域预报能力较高,尤其对热带中南印度洋区域(5°~17°S,63°~96°E)平均误差集中在-2~2m。分海域检验对比结果表明:该预报系统能很好的预测出阿拉伯海(60°~70°E,10°~20°N)和孟加拉湾(85°~93°E,10°~18°N)处混合层半年周期变化特征;热带南印度洋(60°~80°E,15°~19°S)混合层呈现明显季节变化特征,且在每年8,9月份达到最大值;热带外南印度洋(45°~70°E,0°~10°S)混合层常年较为浅薄;Argo与Rama数据所得结果一致;预报系统对上述特征均能很好地预测。     

多消浪室局部开孔沉箱防波堤反射特性的迭代解析研究

基于势流理论，对多消浪室局部开孔沉箱防波堤的反射特性进行解析研究。研究中采用开孔墙处的二次压力损失边界条件，可以直接考虑波高对于开孔墙处能量损失的影响。利用匹配特征函数展开法和迭代方法得到当前问题的解析解。收敛性验证表明，迭代计算和级数解均具有良好的收敛性。该解析解的计算结果与分区边界元的数值计算结果一致，并且与已有的试验结果符合良好。通过算例分析，研究开孔沉箱防波堤反射系数的主要影响因素。结果表明：与单消浪室开孔沉箱防波堤相比，多消浪室开孔沉箱防波堤可以在更宽的波浪频率范围内保持低反射；增大开孔墙的开孔率，有利于降低多消浪室开孔沉箱防波堤的反射系数；当开孔墙的开孔率沿着入射波方向依次递减时，多消浪室开孔沉箱防波堤的反射系数较小。本文所建立的解析模型简单可靠，可用于工程初步设计中分析开孔沉箱防波堤的水动力性能。     

GM测高数据反演中国近海及邻域精细重力场

综合对比4种波形重跟踪算法,选择改进阈值法处理Jason-1GM数据,联合波形重跟踪后的Geosat和ERS-1GM数据,沿轨2Hz重采样以提高数据空间分辨率。通过数据质量控制剔除粗差数据,考虑海表面地形的影响,基于移去-恢复法和维宁-曼齐兹公式反演了中国近海及邻近海域(0°~45°N,100°~140°E)1′×1′的精细重力场。船测数据检核表明反演结果在开阔海域精度约4mGal,近岸浅水区约10mGal,均优于DTU10和V21.1模型。     

应用水温数据对印度洋黄鳍金枪鱼亲体-补充量Ricker模型的扩展

海洋环境是影响印度洋黄鳍金枪鱼(Thunnus albacares)资源量的重要原因之一。本文根据1960-2002年印度洋黄鳍金枪鱼亲体-补充量数据,基于以0~40m海水垂直平均温度(Verticalaverage sea temperature,VAST)为代表的环境因子对Ricker式亲体补充量模型进行了优化。分析表明,印度洋4月0~5°N、80°E~85°E,5月、6月0~5°N、45°E~50°E,7月、8月5°N-10°N、90°E-95°E,12月5°N-10°N、70°E-75°E等海域的VAST对印度洋黄鳍金枪鱼的补充量影响最为显著,加入这些VAST环境因子的Ricker模型,其AIC(Akaike information criterion)值明显降低,拟合效果得到明显提高,这表明水温等环境因子对黄鳍金枪鱼的种群补偿过程产生了干扰。     

海冰温度对单轴压缩强度影响的试验研究

应变速率与单轴压缩强度极值的关系在抗冰结构设计与优化中占有重要地位。基于2009年冬季普兰店海域海冰在不同海冰温度(-5°C、-10°C、-15°C)下的压缩强度试验数据,给出各自应变速率—压缩强度散点图。结果表明,海冰在不同加载速率下表现为三种破坏模式,即韧性区、过渡区与脆性区;海冰温度对过渡区对应应变速率范围影响较小,均在6.3×10~(-4)~2×10~(-3)区域附近。结合三段式函数形式,给出不同温度下应变速率—压缩强度极值的曲线拟合结果。依据上述结论,在庄河海域选择应变速率10~(-2)、10~(-3)与10~(-4)进行不同海冰温度(-16°C~-4°C)下单轴压缩强度试验。结果显示:在韧性区,海冰温度与压缩强度极值呈弱负相关;在过渡区,海冰温度与压缩强度极值呈明显线性减小;在脆性区,强度极值相对海冰温度敏感度较低。基于此,在应变速率—压缩强度曲线中提出温度影响系数,这一试验分析方法可推广至其它海域。     

西太平洋暖池热盐结构盐度场变异的主模态

基于1950~2011年间的月平均温、盐度资料,以28℃等温线作为西太平洋暖池的定义标准,并取ΔT=-0.4℃,分别计算了暖池区(20°N~15°S,120°E~140°W)各格点混合层、障碍层和深层的平均盐度,构成了暖池热盐结构的盐度场.据此,运用EOF分解法分析了暖池热盐结构盐度距平场主要模态的变化特征及其与ENSO间的关系,并探讨了主要模态的年际变异机理.结果表明,暖池热盐结构盐度场第一模态揭示了盐度场变异的关键区位于暖池中部;该模态具有2~4a的年际变化和准10a的年代际变化,并在1977年前后经历了一次气候跃变(此外,深层盐度场第一模态还在1999年前后发生了一次气候跃变),且在跃变前后与不同类型的ENSO事件有较密切的联系.暖池中部混合层和障碍层盐度的变化比较一致,即在跃变前盐度为偏高期,而在跃变后则变为偏低期.暖池中部深层盐度在1977年以前和1999年之后皆处于偏高期,而在1978~1999年间则处于偏低期.而且,从混合层至深层,盐度的变化幅度逐渐变小.进一步分析表明,暖池中部混合层和障碍层盐度的年际变化主要是由纬向风、南赤道流(SEC)和降水共同引起的,即当东风增强(减弱)时,强(弱)SEC将携带更多(少)的高盐水进入混合层或潜沉至障碍层,同时局地降水的减少(增多),也使得混合层和障碍层的盐度增加(减少);深层盐度的年际变化主要是由SEC和赤道潜流(EUC)导致的,即当SEC增强(减弱)时,将有更多(少)的高盐水进入暖池,而当EUC增强(减弱)时则有更多(少)的低盐水流出暖池,从而使得暖池的深层盐度升高(降低).     

Boussinesq类方程描述有限沙坝地形Bragg反射的性能比较

利用Boussinesq方程,采用线性摄动展开法,求解波浪正向通过有限沙坝地形的一阶反射波解,研究比较Boussinesq类方程描述沙坝地形对波浪的反射作用的性能。通过研究反射系数并与势流理论结果及实验结果对比,发现:邹志利的高阶方程、张永刚及Madsen的方程适用的水深范围较广,而Nwogu和Peregrine的方程仅在共振点附近有效;当入射波的波长为沙坝波长两倍时,反射波产生共振效应(即Bragg反射),反射系数与沙坝振幅和水深的比值以及地形中沙坝的条数成正比;相对势流理论的共振时的反射系数,以张永刚为代表的一系列Boussinesq方程色散精度越高,适用水深范围越广,而高阶方程适用的水深很浅。     

三种东海重要经济鱼类目标强度随角度变化的椭球体模型及实验测定的研究

采用椭球体近似模型对大黄鱼(Pseudosciaena crocea)、小黄鱼(P.polyactis)和银鲳(Pampus argenteus)的声散射特征进行了理论计算和研究。其中鱼鳔为充满气体的椭球体模型,鱼体为充满液体的椭球体模型。利用研制的散射角度可调的目标强度测量装置,对几种鱼种进行了目标强度随倾角变化关系研究。通过理论分析和实验对比,采用数据拟合的方法建立了3种鱼类目标强度随倾角变化的经验公式。研究表明,角度分布是影响目标强度的重要参数,目标强度最大值和最小值相差大于15d B,其最大值出现在–10°和10°之间,最小值出现在–40°以后。修正后的椭球体模型可以较好地反映目标强度的指向性,可以作为现场测定的重要补充。     

不同来流条件下四圆柱尾流场试验研究

基于粒子图像测速技术(PIV)对小间距比比L/D=1.5工况下方形布置四圆柱在不同来流角角α(α=0°、15°、30°、45°)条件下的尾流流场特性进行了试验研究,分析了不同来流角度条件下四圆柱瞬时和时均尾流流场特征,获得了瞬时和时均速度矢量、涡量等值线、流线拓扑及雷诺应力分布随来流角度变化的规律。试验结果表明,来流角度对方形布置四圆柱尾流形态有显著影响。四圆柱瞬时尾流形态随来流角度增大可分为延伸体流动流态(α=0°)、尾流剪切层附着流态(α=15°、30°)及尾流剪切层共同脱落流态(α=45°)三种流态。当来流角度增大时,四圆柱下游断面平均流向速度分布由"W"形向"U"形转变,时均雷诺正应力及雷诺剪切应力等值线分布特征也会发生明显改变。     

基于Argo资料的吕宋岛以东海域水团特征分析

基于中国Argo实时资料中心发布的2004年1月至2017年12月Argo全球温盐资料,运用直线定位法和隶属关系,对吕宋岛以东海域(120°~140°E,10°~30°N)水团进行分析,划分出北太平洋次表层水团(NPSSW)和北太平洋中层水团(NPIW)的分布范围。次表层水团位于50~220 m深度,分布在10°~28°N范围内,温度16.61~27.60℃,盐度34.68~35.14,核心范围春夏季较大,秋冬季较小。中层水团位于280~900 m深度,分布在10~30°N范围内,温度3.67~16.55℃,盐度34.11~34.67,核心范围季节变化较弱,整体位于18°N以北。次表层与中层水团核心温盐具有一定的年际变化特征,次表层水团与气候变化相关性较好,核心温度和盐度均存在4 a的变化周期;而中层水团与气候变化相关性较差,核心温度和盐度则分别具有3.5 a和3 a的变化周期。     

日本鲐对马群系资源丰度预测研究

利用1973-2016年日本西海水产研究所提供的日本鲐(Scomber Japanicus)对马群系的资源量与渔获量数据,结合产卵场1(SG1, 26°~31°N,122°~127°E)、产卵场2(SG2, 30°~35°N,128°~131°E)、索饵场(FG, 35°~38°N,127°~138°E)的海表面温度、太平洋年代际振荡指数(PDO)和Nino3.4区海表温距平值(SSTA),建立基于灰色系统的日本鲐对马群系资源丰度预测模型。灰色关联和相关系数分析结果显示:选择产卵场2的4月、9月海表面温度和索饵场4月海表面温度作为日本鲐资源丰度关键影响因子。建立的模型有:分别包含产卵场2的4月、9月和索饵场4月的海表面温度3个因子的GM(1,2),GM(1,3),GM(1,4)的7种模型。这7种模型的相对残差Q检验值分别为:0.131 0,0.140 2,0.145 9,0.149 3,0.176 7,0.140 3和0.173 5。结果表明,基于产卵场2的4月海表面温度所建立的GM(1,2)模型是对日本鲐对马群系资源丰度最优预测模型。     

黄海冷水团邻近海域浮游植物的昼夜垂直变化

于2006-10-19~20日在黄海南部海域进行定点(123°30′E,33°00′N)采样观测,用Uterm hl方法分析了浮游植物群集的垂直分布时间序列变化。研究结果表明:铁氏束毛藻(Trichodesmium thiebautiiGomont)为最优势种,其他优势种依次为具槽帕拉藻(Paralia sulcata(Ehrenberg)Cleve)、圆海链藻(Thalassiosira rotula Meunier)、菱形海线藻(Thalassionema nitzschioides Grunow)和佛氏海线藻(Thalassionema frauenfeldii Grunow)。硅藻在物种丰富度上占优势。调查期浮游植物细胞丰度介于(1.111~2 042.889)cells mL-1,平均值为192.756 cells mL-1。浮游植物细胞丰度垂直分布特征是表层水体最高,10m层迅速降低,底层最低。浮游植物细胞丰度随时间具有一定的波动,10月19日12:00和10月20日0:00在表、底层水体各出现2个细胞丰度峰值,10 m层的2个峰值比表、底层均滞后3 h。调查期浮游植物群集各层差异明显。     

黄鳍鲷和普通鲻鱼幼鱼视网膜运动反应初步研究

本文研究环境光强与黄鳍鲷(Sparus latus)和普通鲻鱼(Mugil cephalus)两种幼鱼视网膜运动反应的关系,结果表明:当光强分别低于10~(-3)1x和10~(-2)1x时,对黄鳍鲷和普通鲻鱼幼鱼视网膜运动反应无明显影响;当光强分别高于10~(-3)1x和10~(-2)1x时,光强越高,两种幼鱼视网膜从暗适应状态过渡到明适应状态的时程越短。黄鳍鲷幼鱼从暗视向明视过渡的照度界限为10~(-3)—10~(-1)1x;普通鲻鱼幼鱼的相应过渡照度界限为10~(-2)—10~01x。     

潮汐应变对长江口北槽枯季湍流混合与层化的影响

利用TELEMAC-3D开展了长江口北槽2010年枯季条件下湍流混合与层化的有限元数学模拟研究。该模型在外海开边界设置了8个主要分潮,并在自由表面考虑了定常风的影响,利用北槽水域3个潮位站(横沙、北槽中、牛皮礁)和2个水文观测站(北槽中段CSW、北槽下段CS8)2010年枯季的潮位、流速及盐度观测资料对模型进行验证并获得了良好的精度,从而得到北槽水域纵向、平面流场和盐度场。模拟得到的流速、盐度被用来计算势能差异(φ)、势能差异变化率(φ/t)、Simpson数(Si)和梯度Richardson数(Ri)。结果显示:1)北槽水域大潮平均和小潮平均的势能差异的变化范围分别约为0~30 J/m3和0~90 J/m3,且较大的势能差异基本位于主航槽,这些表明北槽水体小潮的层化大约是大潮的3倍,主航槽的层化强于坝田区,而北槽中段往往具有更强的层化。2)落急时刻,就北槽下段而言,潮汐应变、潮汐与风共同搅动引起的势能差异变化率的范围分别约为-20×10-4~100×10-4W/m3、0~100×10-4W/m3,这些表明,从大潮至小潮,潮汐应变总体增强而潮汐与风共同搅动总体减弱。空间上,主航槽丁坝附近的潮汐应变明显强于坝田区,潮汐与风共同搅动的强度在坝田区内、外也存在差异,导堤和丁坝的影响明显。3)对于北槽下段CS8站,大潮至中潮的Si数在0.15~0.4之间(介于下临界值0.088和上临界值0.84之间),表明潮汐与风共同搅动占优,属于应变致周期性层化(SIPS)。小潮的Si数在0.9~1.5之间(高于上临界值0.84),表明潮汐应变显著增强并占优,属于持续性层化。4)北槽下段CS8站梯度Ri数的量级范围在混合较好的表层和底层约10-3~10-2,在层化较好的中间水层约100~101。该站湍动能耗散率的量级范围大潮为10-3~10-9W/kg,小潮为10-5~10-10W/kg,具有明显的M4周期性特征和涨、落潮不对称分布,且表层和底层分别由于风应力和底摩擦作用而具有较强的耗散,中间水层稳定层化区的耗散则显著减小,潮汐应变是造成湍动能耗散率在涨、落潮周期内不对称分布的重要因素。