大型海洋资料浮标的运动性能研究

运动性能是浮标设计中的关键问题之一。文中对直径10 m的圆盘型海洋资料浮标的运动性能进行了数值模拟和试验研究。建立了浮标的有限元模型,采用势流理论进行计算分析,获得了浮标运动响应的传递函数。通过对数值计算结果与模型试验结果进行比较,验证了数值计算方法的有效性。在此基础上,结合我国南海海区海况资料,应用谱分析法对其在极限海况下的运动响应进行了短期预报。该研究结果对浮标前期设计具有参考意义。     

浮标平台对ADCP测流精度的影响分析

海洋资料浮标会对周围流场产生影响,从而影响流速剖面数据的准确度。为了探究浮标平台对流场的扰动深度,借助计算流体力学方法,建立了数值水池,并对全尺度的浮标模型进行了不同流速下的仿真。仿真结果显示,浮标受到的流速阻力与模型试验结果相近。对浮标周围的速度场进行分析,发现浮标对流场的扰动是水平面圆柱绕流和竖直面梯形绕流的结合,会在浮标上游和下游形成流速减慢区,浮标中游两侧和下方形成流速加快区,流场呈现紊乱状态。浮标平台的扰动深度随着流速的增大而增大,根据两种误差标准(1 cm/s误差和5%误差),计算了不同流速下的影响深度。该研究为ADCP的安装提供了指导,也为数据处理提供了依据,有利于提高ADCP的测流精度。     

自动剖面浮标研究现状及展望

回顾了自动剖面浮标的发展历程,自动剖面浮标由Swollow提出的中性浮子发展而来,演变到现在的PROVOR型、APEX型、SOLO型等自动剖面浮标。文中介绍了Argo计划中几种主要的自动剖面浮标,其浮力调节原理主要是通过改变浮标在水中的排水体积实现自动沉浮,从而测量水的温度、盐度、深度等数据。对常规(2 000 m)和深海(2 000 m)自动剖面浮标进行比较,大部分深海自动剖面浮标耐压结构已经采用球形设计,浮标受压后变形小且可减轻浮标自重;单冲程柱塞泵改变为体积较小的液压泵,提供超高压的同时可以充分利用球体空间。目前,常规自动剖面浮标已广泛应用到海洋环境数据的调查、收集,而深海自动剖面浮标仍处于研发与试验阶段,面临诸多的技术挑战,对浮标的可靠性提出了更高的要求。     

初探我国Argo浮标下潜深度标定

为了使剖面能停留在预定深度,通过水静力学角度对相应的浮标压载标定方法进行研究.试验表明,浮标重量改变1 g,就会造成大约10 m停留深度的变化.论文详细描述了用压力罐进行浮标压载重量标定的方法,并通过一台浮标的压载实验给出浮标配重计算方法.     

北斗剖面浮标数据服务系统设计与业务运行

北斗剖面浮标数据服务系统主要由北斗剖面浮标数据自动接收/监视子系统和北斗剖面浮标数据解码、处理及分发共享子系统组成,具备自动、批量、业务化接收国产北斗剖面浮标数据,以及业务化处理和分发浮标数据的能力,为我国主导建设南海或“21 世纪海上丝绸之路”Argo 区域海洋观测网提供了关键技术保障。催生的中国北斗剖面浮标数据服务中心,也为北斗剖面浮标走出国门、参与国际竞争奠定了坚实基础,成为世界上 3 个有能力为全球 Argo 实时海洋观测网提供剖面浮标观测数据服务的国家平台之一。     

我国Argo浮标的设计与研究

自沉浮式剖面探测浮标是一种海洋观测平台,首先应用在国际Argo计划,故又称之为Argo浮标,专用于海洋次表层温、盐、深剖面测量。仪器布放后自行在大海中工作2a以上,直至电源耗尽;2004年11月8日实验的Argo浮标潜入深度已达到1900m,历时两年的浮标研究工作,在下潜深度、上浮水面、剖面测量、数据处理、卫星传递数据等功能上已经达到国际Argo组织的要求。文章详细阐述了剖面浮标的设计与研制内容和各种试验项目及所得数据,不仅为浮标设计提供科学的实测数据,还为今后该仪器产品化进程提供大量可靠依据和检测方法。     

深海氮气浮标运动特性分析

氮气浮标是一种新型的剖面浮标,通过增加蓄能器作为被动浮力调节模块,可以利用海洋压差实现更有效率的剖面运动。由于蓄能器的加入,氮气浮标的运动特性相对于常规浮标有所变化。基于一款深海剖面浮标,利用理论分析和运动仿真的方法研究了氮气浮标的运动特性,对氮气浮标主动体积改变量与剖面运动深度之间的对应关系、氮气浮标的剖面运动形式以及氮气浮标的定深悬浮稳定性进行研究。研究表明,氮气浮标只需要主动对浮标体积做较小的改变即可完成同等深度的剖面运动,节省了浮标完成一次剖面运动的能量消耗。但蓄能器的引入增加了浮标完成剖面运动需要的时间,且给浮标的运动带来了突变性和不稳定性。     

南海Argo浮标观测结果初步分析

对投放在南海内部的4个Argo浮标轨迹特征,温、盐结构及漂移速度进行诊断分析发现,Argo浮标剖面温、盐观测结果和气候态资料一致,同时上层海洋温、盐剖面资料表现出周期约2月的扰动信号,并且温跃层起伏与同期海表高度异常相关显著。和高度计资料计算而得的海表地转流相比,由Argo浮标漂移轨迹计算的表观流量值较小。在季节时间尺度上,Argo浮标表观流和Argo浮标所停留的中层参考面季节性海流相一致。     

基于拉格朗日方法的南海自动剖面浮标轨迹模拟系统

南海自动剖面浮标轨迹模拟系统包括高分辨率模式流场、拉格朗日追踪模型和垂向浮标运动参数化方案等三个核心部分。该系统可在南海范围内模拟两类自动剖面浮标:传统自动剖面浮标(停滞深度为1000m,最大下潜深度为2000m)和新型深海自动剖面浮标(停滞深度为距海底500m)。通过对南海现有的6个传统浮标的模拟,该系统可以预测其100d内的漂流轨迹。通过与真实浮标轨迹数据的对比,验证了该模拟系统的准确性。此外,根据该系统,我们初步探讨了深海自动剖面浮标阵列(时空分辨率为2°×2°×30d)在南海内区布放方案的可行性。该模拟系统的建立和完善将有助于对现有传统剖面浮标布放策略进行优化,并对未来深海剖面浮标在南海的推广应用提供初步的理论依据。     

基于拉格朗日方法的南海自动剖面浮标轨迹模拟系统*

南海自动剖面浮标轨迹模拟系统包括高分辨率模式流场、拉格朗日追踪模型和垂向浮标运动参数化方案等三个核心部分。该系统可在南海范围内模拟两类自动剖面浮标: 传统自动剖面浮标(停滞深度为1000m, 最大下潜深度为2000m)和新型深海自动剖面浮标(停滞深度为距海底500m)。通过对南海现有的6个传统浮标的模拟, 该系统可以预测其100d内的漂流轨迹。通过与真实浮标轨迹数据的对比, 验证了该模拟系统的准确性。此外, 根据该系统, 我们初步探讨了深海自动剖面浮标阵列(时空分辨率为2°×2°×30d)在南海内区布放方案的可行性。该模拟系统的建立和完善将有助于对现有传统剖面浮标布放策略进行优化, 并对未来深海剖面浮标在南海的推广应用提供初步的理论依据。     

A numerical prediction model of strong thermocline in the Bohai and the Huanghai Seas

ＡｎｕｍｅｒｉｃａｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｓｔｒｏｎｇｔｈｅｒｍｏｃｌｉｎｅｉｎｔｈｅＢｏｈａｉａｎｄｔｈｅＨｕａｎｇｈａｉＳｅａｓＷａｎｇＺｏｎｇｓｈａｎ,ＸｕＢｏｃｈａｎｇ,ＪｉｎＭｅｉｂｉｎｇ,ＺｏｕＥｍｅｉ,ＬｉＦａｎｈｕａ（Ｒｅ...     

长兴岛海区波流相互作用数值模拟研究

波和流是近岸海区的主要动力因素。应用二维潮流数学模型和最新第三代近岸海浪模式SWAN,建立了非结构网格下二维情况近岸波流耦合作用数学模型。时间离散采用欧拉向前格式,空间离散采用有限体积法显式格式。通过将波浪场及潮流场进行迭代耦合计算,实现了对波流共同作用下波浪场和潮流场的数值模拟。将模型应用于矩形海湾实验和李孟国数模实验等理想地形以及大连长兴岛海区实际复杂地形算例,并用现场实测资料对计算结果进行验证,结果表明:耦合结果与实测结果吻合良好,并且要优于未耦合的结果。     

长江口区可能最高潮位估算研究

利用《西北太平洋热带气旋年鉴》资料,简要分析了影响上海地区可能最高潮位的台风路径、强度变化特征.分析表明,造成上海地区严重风暴潮的台风路径有3种类型,它们分别是登陆浙江沿海西行类、近海北上类和正面袭击上海类.上海及其近海区域台风强度随纬度增加而减弱的变化特征明显,在东海北部,近50a内尚未出现过中心气压低于920hPa的台风.利用特定的统计模式,根据假想台风路径、强度变化给出的可能最大增水只有210cm,其值明显偏小,认为用统计方法进行上海地区最大可能增水的估算似乎不合适.在考虑可能变化的台风路径、强度、移动速度以及天文大潮汛等综合因素后,利用高分辨率ECOM-Si的数值模式计算出的上海地区(吴淞)可能最大增水是由5612台风以10km/h速度北抬纬度2°并取所在位置的历史最低气压值造成的,其可能最大增水为367cm,如以长江口区天文可能高潮值420cm计算,则获得长江口的最大可能水位为787cm.     

渤海、黄海强温跃层数值预报模式

文中对前人关于水温垂直结构计算、模拟和预报研究成果进行了评价，并在此基础上建立了考虑海面吸收辐射和透射辐射、地形、风、海流、界面摩擦及其引起的混合作用的强温跃层三维数值预报模式。该模式运行的驱动量仅为风和气温场资料，因而具有较好的实用性；此外，从试报的结果看，效果是令人满意的。     

有限区域海面风场数值模式的建立

目前,国内外大尺度天气预报数值模式已经取得很大成就,如在预报地面气旋系统的移动和发展等方面。然而,这些模式的铅直分辨率一般不高,通常不包括边界层的动力过程,因而,在预报海面风场上,数值天气预报模式还没有令人满意的效果。目前所用的边界层预报模式尽管具有较高的水平分辨率和垂直分辨率,但要求大量的计算和资料,很难用于日常业务预报;另一种边界层诊断模式,用到的风场数据是气象工作者从天气形势(大尺度)分析中,通过差值等方法获得的,缺乏针对性,而且精度较低(WMO,1988;WMO,1990)。 作者认为,适于海洋要素预报的风场模式应是定位于有限区域,或称中尺度模式,并根据台站的具体资料来源和工作状况力争建立一套适于海洋要素预报的中尺度风场数值模式。鉴于以上,作者建立了一个适于海洋要素预报的有限区域海面风场数值模式。模式采用符合动力及热力学条件的简化方程组对大尺度风场进行加密,通过数值模拟得到适于海洋要素预报的有限区域海面风场。并将该模式运用于渤海这一有限区域,获得了良好的效果,说明该模式对海洋要素预报具有很好的应用前景。     

0205台风威马逊异常分析

对进入黄海的热带气旋进行了统计，从大气环流形势、数值预报产品、中央台和日本的台风报、云图以及季节性海表特性等角度，分析了0205号台风威马逊移动路径和强度演变情况，对实际预报工作有一定的指导意义。     

深水平台二阶波浪力研究综述

回顾了近几年来深海平台二阶波浪力的研究成果。对几种典型深海平台结构二阶波浪力研究作了详细的阐述,包括理论分析、数值计算和实验验证等。最后指出目前该领域主要研究方向,作为进一步研究的参考。     

Wave diffraction in a current over a local shoal

Applying the Green's theorem and a moving oscillating source as the Green's function, an integral equation method is developed for predicting wave height over a shoal in a weak current. The integral equation is discretized by a higher order element method and a numerical code is implemented. To validate the numerical code, comparison is made on wave run-up around a vertical cylinder with McCamy and Fuchs' analytic solution in the still water and the results in currents from numerical wave tanks. Computation has also been carried out for the wave diffraction over a parabolic shoal in a current, and numerical results are given at many sections. The numerical results from the calculation can be used for benchmark test for other methods on wave diffraction in current.     

A simplified method to downscale wave dynamics on vertical breakwaters

A coastal structure is usually designed with the final objective to guarantee its functionality and stability throughout its life cycle. Regarding stability, the three main failure modes are sliding, overturning and failure of the foundations. To accomplish the design objectives, a design sea state is usually used when calculating the loads and scour around the structure. This design sea state corresponds to a certain sea state with specific return period values of a significant wave height. However, the combination of different simultaneous sea state parameters can produce other critical situations compromising the stability of the structure which then require the calculation of long time series of wave forces corresponding to long-term historical wave situations. Moreover, a design force associated to a certain return period can be defined from the time series of the stability parameters. The most accurate techniques which can be used to estimate structure stability are based on numerical and physical models, but these are very time consuming and the calculation of long time series is therefore unfeasible. Here, we propose a hybrid methodology to transform wave conditions into wave forces acting upon vertical structures and scour around it. The methodology consists of a selection of a subset of sea states representative of wave climate at the structure location, using a maximum dissimilarity algorithm, The wave forces acting upon the structure and scour around it, for the wave situations selected, are then estimated as is the reconstruction of the calculated parameters corresponding to historical sea states using an interpolation technique based on radial basis function. The validation of the results, through a direct comparison between reconstructed series and analytically (semi-empirical formulations) calculated ones, confirms the ability of the developed methodology to reconstruct time series of stability parameters on vertical breakwaters. This methodology allows its application to numerical and physical models.