太湖风浪场的计算与比较

首先探讨了浅水风浪数值模型—SWAN模型应用于模拟内陆湖泊风浪生成和传播变形时的特点。该模型存在不能有效地模拟近固壁边界处风浪场的缺点,以能正确地模拟湖区的风浪场和节约计算时间为原则,确定了计算范围。对太湖进行了风场和风浪场的现场观测。分别利用规范公式和SWAN模型两种方法、根据观测和预报的风场计算了湖区的有效波高,并将计算结果和现场观测值进行了详细比较。结果表明基于观测的风场,利用两种方法所计算的太湖风浪场的精度基本相当;在根据观测的风场、利用SWAN模型计算内陆湖泊的风浪场时,需要精心选择恰当的风场;在根据预报的风场预报湖区风浪场时,SWAN模型的精度要高于规范公式的精度。     

基于模型风场的台风浪数值模拟

利用Ueno台风风场模型构建了1211、1214、1215号台风风场,并以此作为驱动WAVEWATCH-III海浪模式的外界强迫场,计算得出了对应的台风浪场,通过与浮标观测资料对比分析,有效波高相关性均达80%及以上,模拟结果较为理想,可有效弥补现场观测资料的不足,为海洋工程设计以及防灾减灾提供技术保障。     

美国卡罗莱纳州区域海洋观测预报系统简介

介绍了美国卡罗莱纳州区域海洋观测预报系统(Caro-COOPS系统)。该系统通过"实时观测-模式模拟-数据同化-业务应用"形成的一个完整链结,为卡罗莱纳州及其周边海域的科研、经济以及军事应用提供服务。观测系统依靠沿岸水文气象台站、海上浮标、潜标以及卫星遥感装置等,获得研究海区的准确观测资料。数值模拟模块是Caro-COOPS系统的核心部分,使用三重网格嵌套技术,并耦合了大气、海浪、泥沙输运以及生物化学模型,真实、全面地模拟出该海区的状况。Caro-COOPS系统中采用集合卡曼滤波和四维变分同化的方式,利用观测数据来调整计算误差。在模式的运行过程中,数据同化的作用主要体现在对初始场和强迫场的修正上,其观测结果经过统计分析处理后,可对原有的强迫场进行校正,将相对真实的强迫场提供给模式计算;模式计算的结果与观测数据相融合,通过滤波的方法调整积分的方向,以便更加逼近物理场的真实状态,将滤波调整后形成的物理场作为模拟下一个时刻计算所需的初始场。经过数据同化的调整,优化了模式计算所依赖的初始场和强迫场,减小了其与真实状态的误差,使模式的计算结果更加逼近真实值。Caro-COOPS系统的一大优势亮点是通过将预报结果与地理信息系统(GIS)相结合,快速而准确地定位洪水、风暴潮等自然灾害的影响区域,可准确至每一条街道乃至住宅,极大方便了决策部门有针对性地进行灾害预防和救助工作。GIS与模式结果的结合也极大地增强了Caro-COOPS系统服务社会的能力。     

深基坑开挖与支护的有限元模拟

采用弹塑性有限单元法对超大基坑的开挖与支护进行数值模拟,据此分析土体的位移、主应力分布、施工过程中支护结构受力,并比较基坑顶部水平位移的计算值与实测值,两者非常接近,计算结果较为理想,可为工程设计和现场施工提供理论参考和指导.     

三锚链系泊柱式平台的动力反应

本文首先介绍我国1969年建成的一座向海船供电的三锚链系泊柱式平台。其次,对该类平台的动力反应进行数学分析。最后,利用所得方程组对已有平台进行计算,并与现场观测结果进行了比较,两者吻合较好。     

现场ηUV、PUV和UV波浪方向谱估计方法及比较

波浪方向谱的现场观测和谱估计方法是海洋动力研究的重要基础课题之一。本文依据不规则线性波理论，推导了ηＵＶ、ＰＵＶ和ＵＶ方法方向谱计算式，并利用η和ＰＵＶ实测数据进行了方向谱估计，同时比较了各种模式优劣，为现场波浪观测提供依据。     

利用遥感SST反演上层海洋三维温度场

通过统计相关分析验证了一个简单的温度参数模型在太平洋海域的较好适用性。基于Argo观测资料及WOA09气候态温度数据,采用最大角度法求得此模型的相关参数,并利用高分辨率卫星遥感海表温度反演了太平洋上层海域空间分辨率为1°×1°的气候态月平均三维温度场。与实测资料的比较分析表明反演结果是较为真实可靠的,并可作为海洋数值模式积分的初猜场,为实现现场观测(如:Argo)与卫星观测的优势互补,构建太平洋海域完整的三维温度分析场提供一种新途径。     

利用QuikSCAT/NCEP混合风场及WAVEWATCH模拟东中国海风浪场

将国际上比较成熟的海浪模式WAVEWATCH-Ⅲ移植到东中国海,采用QuikSCAT卫星遥感资料与NCEP数据混合风场作为强迫项,对该海区2000年1月23日至31日的一个大风天气过程下的风浪场进行了模拟计算。计算结果与浮标观测资料的对比结果说明,所获得的风浪场数值结果不但具有较高的时空分辨率,其精度也是比较高的。     

深水破碎波判据的研究──Ⅱ．一种风浪破碎判据的模式及实测结果分析

本文在讨论破碎波判据研究的基础上(文献[1]),根据前人的破碎波研究结果,以及海浪的随机性,建立了一个包含摩擦风速和波浪要素的破碎波判据计算模式,报告了在海上和实验室进行验证的实测结果.其特点是利用良好的现场观测条件和先进的实验设备,对破碎波进行了测量,首次通过划分破碎波的状态,合理地给出了破碎波判据的实测结果,并比较分析了其他几种波浪破碎判据的实测结果及使用范围.本文的计算风浪破碎判据的模式与外海实测结果比较接近,但与实验室测量结果相差较大.     

淀山湖主要放流鱼种鲢和鳙生长的研究

本文根据2006-2008年淀山湖鲢鳙标记回捕数据以及刺网调查数据,研究了淀山湖鲢鳙的生长,根据鱼类体长推算公式分别推算出鲢鳙的生长指标;并计算出淀山湖鲢鳙的体长体重关系和肥满度.体长和体重关系分别为鲢:W=6×10-5 L2.8371,(n=216,R2=0.8886);鳙:W=5×10-5L2.5609,(n=55...     

Uncertainty Analysis of Wind-Wave Predictions in Lake Michigan

With all the improvement in wave and hydrodynamics numerical models, the question rises in our mind that how the accuracy of the forcing functions and their input can affect the results. In this paper, a commonly used numerical third-generation wave model, SWAN is applied to predict waves in Lake Michigan. Wind data are analyzed to determine wind variation frequency over Lake Michigan. Wave predictions uncertainty due to wind local effects are compared during a period where wind has a fairly constant speed and direction over the northern and southern basins. The study shows that despite model calibration in Lake Michigan area, the model deficiency arises from ignoring wind effects in small scales. Wave prediction also emphasizes that small scale turbulence in meteorological forces can increase prediction errors by 38%. Wave frequency and coherence analysis show that both models can predict the wave variation time scale with the same accuracy. Insufficient number of meteorological stations can result in neglecting local wind effects and discrepancies in current predictions. The uncertainty of wave numerical models due to input uncertainties and model principals should be taken into account for design risk factors.     

MASNUM-WAM海浪模式集合Kalman滤波同化研究-I.风场扰动对海浪模拟影响

模式集合样本的代表性和观测信息的可靠性是制约数据同化效果的重要因素,而前者对海浪模式同化的影响尤为显著。由于海浪模式对初始场的敏感性较弱,来自大气的风输入源函数是海浪的重要能量输入,如何合理地对风输入进行扰动,构造海浪的集合模式运行,是实现和改进海浪模式集合Kalman滤波同化的关键问题。为了实现海浪模式集合运行,本文提出了风场的三种集合扰动方案,分别为：纯随机数、随机场和时间滞后的风场扰动方法。本研究利用2014年1月ECMWF全球风场,基于这三种风场扰动方法开展了集合海浪模式的集合运行实验,并统计分析了海浪特征要素（有效波高）和二维波数谱对风场扰动的响应。结果表明,随机场集合扰动方案所构造的风场集合效果最佳,所得海浪模拟结果的集合样本发散度适中,能够较为合理地反映背景误差的统计特征,可用于进一步的集合Kalman滤波海浪数据同化实验。     

Representing frequency spectra for shallow water waves

Wind waves recorded in water from 1.4 to 3.8 m deep near the southeastern shore of Lake Erie during 1981 were used to compare two methods for representing wave spectra in shallow water. The results show that the semi-theoretical Wallops model, which requires total energy, peak energy frequency, and depth as parameters, provides fair agreement with observed spectra at the deeper stations but only marginal agreement in very shallow water. The general empirical model, which requires average frequency and energy density at the spectral peak as additional parameters, provides closer agreement with observed wave spectra for all depths.     

Winds and Waves in the Yellow and East China Seas: A Comparison of Spaceborne Altimeter Measurements and Model Results

Wind speed and wave height measured by satellite altimeters represent a good data source to the study of global and regional wind and wave conditions. In this paper, the TOPEX altimeter wind and wave measurements in the Yellow and East China Seas are analyzed. The results provide a glimpse on the statistical properties and the spatial distributions of the regional wind and wave conditions. These data are excellent for use in the validation and verification of numerical simulations on global and regional scales. The altimeter measurements are compared with model output of temporal statistics and spatial distributions. The results show that the model simulations are in good agreement with TOPEX measurements in terms of the local mean and standard deviation of the variables (wave height and wind speed). For the comparison of spatial distributions, the quality of agreement between numerical simulations and altimeter measurements varies significantly from cycle to cycle of altimeter passes. In many cases, trends in the spatial distributions of wave heights and wind speeds between simulations and measurements are opposite. The statistics of biases, rms differences, linear regression coefficients and correlation coefficients are presented. A rather large percentage (∼50%) of cases show poor agreement based on a combination of low correlation, large rms difference or bias, and poor regression coefficient. There are indications that wave age is a factor affecting the performance of wave modeling skills. Generally speaking, the error statistics in the wave field is correlated to the corresponding error statistics in the wind field under the condition of active wind-wave generation. The error statistics between the wave field and the wind field become less correlated for large wave ages. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

1988—2009年中国海波候、风候统计分析

利用高精度、高时空分辨率、长时间序列的CCMP(Cross-Calibrated,Multi-Platform)风场,驱动国际先进的第三代海浪模式WAVEWATCH-Ⅲ(WW3),得到中国海1988年1月～2009年12月的海浪场。对中国海的波候(风候)进行精细化的统计分析,分析了海表风场和浪场的季节特征、极值风速与极值波高、风力等级频率和浪级频率、海表风速和波高的逐年变化趋势,结果显示:(1)中国海的海浪场与海表风场具有较好的一致性,尤其是在DJF(December,January,February)期间;海表风速和波高在MAM(March,April,May)期间为全年最低,在DJF期间达到全年最大;MAM和JJA(June,July,August)期间,中国海大部分海域的波周期在3～5.5s,SON(September,October,November)和DJF期间为4.5～6.5s。(2)中国海极值风速、极值波高的大值区分布于渤海中部海域、琉球群岛附近海域和台湾以东广阔洋面、台湾海峡、东沙群岛附近海域、北部湾海域、中沙群岛南部海域。(3)吕宋海峡在MAM、SON、DJF期间均为6级以上大风和4m以上大浪的相对高频海域,JJA期间,6级以上大风的高频海域位于中国南半岛东南部海域,4m以上大浪主要出现在10°N以北。(4)在近22a期间,中国海大部分海域的海表风速、有效波高呈显著性逐年线性递增趋势,风速递增趋势约0.06～0.15m.s-1.a-1,波高递增趋势约0.005～0.03m.a-1。     

江苏沿海波浪多重嵌套模拟研究

根据24年CCMP风场资料和江苏沿海4个方向(N、NE、E和SE)百年一遇风速,构建西北太平洋、东中国海和江苏沿海上述4个方向的百年一遇风场。首次建立一个基于第三代海浪模型SWAN的自西北太平洋、东中国海至江苏沿海的三重嵌套数值模型,以AVISO卫星观测数据和江苏沿海定点实测数据进行验证。以三个计算域4个方向百年一遇风场为驱动风场,驱动该多重嵌套模型,高精度数值模拟江苏沿海4个方向百年一遇有效波高分布并进行分析。结果表明,江苏沿海辐射沙洲地形对有效波高分布影响显著;E向百年一遇风场作用下海域有效波高最大,NE向次之,N向和SE较小。     

A GIS-based step-wise procedure for assessing physical exposure in fragmented archipelagos

Wind and waves are major forces affecting the geomorphology and biota in coastal areas. We present a generally applicable method for measuring and calculating fetch length, fetch direction and wave exposure. Fetch length and direction, measured by geographic information system-based methods, are used along with wind direction and wind speed data to estimate wave height and period by applying forecasting curves. The apparent power of waves approaching the shore, used as a proxy for wave exposure, is then calculated by a linear wave model. We demonstrate our method by calculating fetch lengths and wave exposure indices for five areas with varying exposure levels and types of meteorological conditions in the Finnish Archipelago Sea, situated in the northern Baltic Sea. This method is a rapid and accurate means of estimating exposure, and is especially applicable in areas with geomorphologically varying and complicated shorelines. We expect that our method will be useful in several fields, such as basic biogeographical and biodiversity research, as well as coastal land-use planning and management.     

定常风场和吞吐流对乌梁素海流场的影响

风场和吞吐流是浅水湖泊运动的主要驱动力,影响着湖区污染物的迁移转化。基于二维非结构网格,构建了乌梁素海水动力模型。通过对比定常风作用下湖流的方向、环流的分布及形式与无风条件下的区别,模拟不同算例吞吐流作用下湖区流速及环流结构的差异,探究了定常风和吞吐流对乌梁素海流场的影响。结果表明:乌梁素海在无风条件下出现大面积的滞流区;风场会增加湖流的流速,影响区域主要在西大滩区、东大滩区及湖区南部明水区,产生明显环流,风场是乌梁素海主要的驱动力; SSW与ENE向风场作用下,典型区域产生的环流位置、形态结构相近,方向相反;吞吐流量的增加会增大湖区整体流速,对湖区流场形态、结构影响较小;定常风条件下,吞吐流量的增加(一定范围)会导致环流强度减弱。研究结果为乌梁素海营养盐、污染物质输移规律研究奠定基础。     

滆湖北部人工地形重塑下风浪场变化研究

风浪是影响浅水湖泊物理生境环境重要的水动力要素之一。基于滆湖实测风浪数据, 建立了滆湖风浪模型, 验证结果表明模型可以较好模拟滆湖风浪随风场变化情况。在此基础上开展滆湖北部水域在人工地形重塑工程实施后的风浪变化情况分析。结果表明, 不同季节盛行风下, 风浪强度和湖底扰动强度均有一定程度的衰减, 这有利于水体透明度和水底光照条件的改善。风浪强度的衰减使得具有有利于水生植物生长与发育风浪条件的水域面积显著扩增。人工地形重塑的实施, 有利于滆湖北部水域水生植被物理生境环境改善, 从而为滆湖北部水域水生植被的修复提供较好的环境支撑, 也为其他浅水湖泊地形重塑工程的实施提供借鉴。