港湾三维水动力和污染物扩散数值模型

本文提出一种浅海三维污染物扩散数值模拟的方法。首先建立σ坐标系下的Navier-Stoker方程及物质扩散方程。基于过程分裂法将前者分解为外模式（二维方程组）及内模式（三维方程组）；并且引入窄缝法对变边界进行模拟，由此建立三维σ坐标潮流模型；并找到σ坐标系下三维污染物扩散方程的差分方法，最后建立三维σ坐标污染物扩散模型。本模型已被应用于厦门海域，并对其2002年海水水质（CODCr值增量)进行了预测。应用结果表明，这种三维可变边界污染物扩散数值模型能够较好地对具有较大面积浅海滩涂的海区进行水质模拟和预测。     

波浪作用下近岸区污染物输移扩散的数学模型及其实验验证

在近岸缓坡浅水海岸,波浪破碎产生沿岸流是近岸海域流场的重要组成部分,它对污染物输移扩散规律的影响重大,在高阶近似抛物化缓坡方程求解大面积波浪场基础上,建立了波浪作用下污染物输移扩散数学模型.计算结果与不同坡度均匀斜坡地形上具有不同波高、周期的规则波及不规则波浪作用下污染物输移扩散实验结果进行了比较,分析了各种因素对波浪作用下沿岸流分布规律影响,所得结论认为地形坡度及入射波高对污染物输移扩散的影响较大,波浪作用将使缓坡海滩上污染物的输移扩散平行岸线方向.     

海底管道水下气体扩散FLUENT仿真分析

海底管道气体扩散到自由表面的半径及泉涌高度是进行水下气体泄漏风险分析的关键因素。利用FLUENT软件中的VOF模型和DPM模型耦合方式,对海底管道气体竖向扩散进行了仿真。模拟了水气两相交界面的行为,研究了气泡粒子扩散过程,分析了气泡粒子的扩散半径及轴向位移,讨论了不同泄漏速率对水下气体上升时间及水气两相交界面中泉涌高度的影响。通过模型中的水气两相交界面中泉涌高度和上升时间与实验结果的比较,验证了模型在一定条件下的正确性。     

σ坐标系下浅水方程水平扩散项守恒型式

三维浅水模型控制方程经σ坐标变换后,其水平扩散项还存在一变换因子,故不能被常见的扩散模型表示成守恒型式。对σ坐标系下浅水方程水平扩散项进行处理,得到守恒型式的扩散模型,并采用垂向二维静水盐度扩散算例进行验证,结果表明守恒型模型能够保持初始的盐度分布。     

一种随时间变化的近区稀释的半解析解

根据基本的扩散方程，以污染物质输入量为已知条件，给出了一种近区稀释的半解析解。该半解析解摆脱了流速是单向的、持续的和定常的条件限制，反映了近区稀释在以潮流场为背景场的状态下，随时间的可变性。     

浅海污染扩散的高精度数值模型

本文将ADI差分方法与紧凑格式相结合,对平流扩散方程进行数值处理,建立了浅海污染扩散的高精度数值模型。本模型将数值精度提高到四阶,从而有效地避免了数值弥散问题。由于采用隐显交替方向法,数值格式稳定且保持了差分方程组的三对角性质,计算过程简便。 在理想条件下的数值试验结果与解析解的比较,说明了本文所建立的模型的精确性。利用北黄海倾废区域碱渣倾倒现场试验资料对本模型进行了实际验证。通过在渤海M_2分潮流场条件下的数值试验,揭示了污染云团在浅海中输移扩散的物理过程。     

陆源污染物对连云港海域环境影响研究

应用沿深平均二维模型模拟了连云港海域的潮流场,分析了该海域的潮波特性,在此基础上,应用扩散方程对连云港海域的水污染扩散进行了数值模拟,得到了港域水体的半交换期;比较分析了西大堤对该水域水交换的影响;计算了港域水体的Lagrange余流场,并分析了其对污染物运移的影响,得到了港域几个典型位置的Lagrange轨迹;计算了港域的纳潮量,综合分析了港域水体的物理自净能力。     

不同时空格式在求解污染物对流扩散方程中的应用

为了研究污染物对流扩散方程中不同时空格式的适用性,针对对流扩散方程的一维﹑二维和三维3种情况,分别建立了预报-校正的有限差分数值模型。在时间步进格式上分别采用了Crank-Nicolson格式或混合4阶Adams-Bashforth-Moulton格式,对对流项分别采用2阶精度或4阶精度,对扩散项采用了2阶精度。利用建立的数值模型求解了经典的污染物浓度场对流扩散,通过数值解与解析解的比较讨论了不同时空格式对数值模型计算结果的影响。结果表明:对空间一次导数采用4阶精度可以避免采用2阶精度带来的误差。采用混合4阶Adams-Bashforth-Moulton格式或Crank-Nicolson格式数值计算结果均与解析解吻合程度较好,但对于数组为[40,40,40]的三维对流扩散问题,前者比后者省时20.7%。     

海河口和渤海湾潮流场和COD扩散的三维数值模拟

随着我国经济建设的蓬勃发展，工农业和城市生活产生的污染物日益增多。如何处理这些污染物成了一个急待解决的问题。将污染物化有毒为无毒，当然是最彻底的办法，但这样做花费巨大，我们目前尚难做到。目前最常用的办法是将污染物排放人海。但过多的排放，超过了海洋的自净能力，就会污染海洋环境和海洋资源，进而影响人民的健康。所以，须要对污染物排放人海的方式、地点等加以选择，并对其排放人海的数量、速率等加以控制。这就要求我们了解海区对污染物的净化能力和在国家规定的标准下海区对污染物的最大容量。为了很好地解决这个问题，我们必须了解特定海区对污染物的稀释扩散起重要作用的海水运动情况。1984年5, 8, 10三个月，我们在渤海湾海河口区进行了海上调查，并结合历史资料，以COD 为指示因子，进行了渤海湾有机污染物在潮流作用下稀释扩散的数值计算。     

平直斜坡上破波带内质量输移流对污染物输移影响的数值研究

破波带内外都有质量输移流存在,其对破波带内污染物输移有怎样的影响,需要进一步深入研究。本文基于实验以及考虑质量输移流的对流扩散数学模型研究了平直斜坡上破波带内质量输移流对污染物输移影响。数学模型包括波浪模型、近岸流模型以及对流扩散模型。首先建立了破波带内污染物输移数学模型,其中波浪场基于波能守恒方程来计算,波导流场基于Longuet-Higgins提出的辐射应力模拟,污染物对流扩散方程中考虑了质量输移流的影响,并利用算例验证该数学模型。其次简要介绍了平直斜坡上破波带内污染物输移实验,并分析了污染物输移特性。连续投放污染物会形成污染带,本文分析了两种波况下不同时刻污染带与岸线夹角的变化,以及污染物在垂直岸线和沿岸线方向的输移速度,结果表明对两种波况来说在初始10-40s污染团向岸线方向输移速度分别约为0.05m/s、0.017m/s,之后速度分别减小为0.001m/s、0.011m/s。数值模拟结果与实验结果比较表明：考虑质量输移流的模拟结果与实验更为吻合。因而,通过实验以及数模研究表明破波带内质量输移流对破波带内污染物在垂直岸线方向的输移有重要影响,而对沿岸方向的输移则影响较小。     

Air temperature at ocean surface derived from surface-level humidity

A new method deriving surface air temperature from specific humidity is proposed. Surface atmospheric pressure and relative humidity in addition to specific humidity are necessary in order to derive surface air temperature. Assuming effects of variation of atmospheric pressure and relative humidity are small, climatological values are used for those values. Derived surface air temperature is compared with in situ surface air temperature. A cross-correlation coefficient is high and the rms error is small. However, the agreement between them varies spatially. The errors are largest in the eastern equatorial region and high-latitudes. The former may be caused by a large sampling error and remarkable internannual variation related to ENSO phenomena. On the other hand, the latter may be related to sensitivity of saturated vapor curve to air temperature. Sensible heat fluxes are estimated by using derived surface air temperature and compared with that by in situ data. For the whole North Pacific, a cross-correlation coefficient, a mean error and an rms difference are 0.89 W m^–2, 0.58 W m^–2 and 8.03 W m^–2, respectively.     

加强的适合复杂地形的水波方程及其一维数值模型验证

在他人给出的方程的基础上,通过在其动量方程中引入含4个参数的公式,推导出了加强的适合复杂地形的水波方程,新方程的色散、变浅作用以及非线性均比原来适合复杂地形的方程有了改善:色散关系式与斯托克斯线性波的Padé(4,4)阶展开式一致;变浅作用在相对水深(波数乘水深)不大于6时与解析解符合较好;非线性在相对水深不大于1.05时保持在5%的误差之内.基于该方程,在非交错网格下建立的时间差分格式为混合4阶Adams-Bashforth-Moulton的一维数值模型,并在数值计算中利用了五对角宽带解法.数值模拟了潜堤上波浪传播变形,并将数值计算结果与实验结果进行了对比,验证了该数值模型是合理的.     

黄海海域一次典型大气波导过程分析

对2005年6月2日至3日出现在黄海海域的大气波导的产生、维持、消亡进行了分析,认为此次大气波导的产生主要是由于海表水温低于气温,且近地面层受低压前部及南部的影响,湿度大,高空受低压槽后部的影响空气干燥,导致湿度突降层出现而产生了大气波导,此后由于低空没有明显的天气形势影响,低空湿度依然很大,高空仍由低压槽后部控制,使大气波导得以维持,当高空受低压槽槽线控制时大气波导逐渐消亡。     

太湖水温模型和气象参数对水温的影响

建立了一个太湖水温数值模型,模拟太湖平均水温的日变化过程。应用本模式和由太湖气象水文数据自动采集系统测得的资料(1990年9月26—27日)分析了气温、湿度和风速对水温的影响。由计算和数值试验结果看出,本模式较好地模拟出了选定的两天中水温变化过程;随着空气温度的增加,水温线性增加;在空气相对湿度较大或风速较小时,它们的变化对水温有较大的影响。     

国际五城市空气微生物概况

对瓦尔帕莱索、彭塔阿雷纳斯、坎帕纳、新加坡和青岛的港口等空气微生物作了监测。这五个城市空气中的海洋性微生物及陆源性微生物数量(CFU/m~3)按大小次序排列均为:坎帕纳>青岛>瓦尔帕莱索>彭塔阿雷纳斯>新加坡。对空气微生物数量与气温、风速和相对湿度的关系作了初步比较分析后,认为适宜的气温及较大幅度的相对湿度有利于空气中微生物的增加:大风速、低相对湿度或高气温不利于空气中海洋性微生物的增加,本结果反映有关城市间空气污染的差异,坎帕纳的空气状况较差,对所得菌株作了初步分类,其中以不动杆菌较多,次为欧文氏菌等。     

跨南大洋经向断面的大气垂直剖面特征研究

基于中国第29次南极科学考察期间获取的GPS探空观测数据,分析了东南印度洋和西南太平洋经向断面大气垂直结构的基本特征、季节变化和纬向差异。不同断面的大气垂向结构差异显著,但也具有共同特征,4000 m以下低空的气温和湿度明显高于高空,而低空风速明显小于高空风速,8000 m以上高空各个观测要素的垂直变化较小,整个断面主要以西风为主,整个垂直剖面湿度异常偏高(偏低)的区域通常对应上升(下沉)气流。给出了3个观测断面的大气锋面位置和类型,P1断面的大气锋面在47°~50°S,P2和P3断面的大气锋面在52°~58°S,P1和P2的锋面属于暖锋,P3的锋面由于气旋的影响分类不明显。东南印度洋大气剖面结构具有明显的季节变化,秋季和春季相比,秋季具有风速小,气温高特征,大气锋面更加偏南。东南印度洋和西南太平洋断面的大气剖面结构差异明显,二者相比,东南印度洋具有风速大、气温高及相对湿度小的特征,但大气锋面位置相同。     

Emission characteristics of marine furnaces burned at varying inlet air temperatures and humidity

Marine power plants are frequently operated under varying atmospheric air temperature and humidity conditions. The effects of inlet air temperatures and humidity of marine furnaces such as incinerators and boilers thus attract much research interest. An industrial furnace incorporated with an automatic burner was employed to experimentally investigate the influences of the inlet air temperature and humidity on the emission characteristics. The inlet air humidity and temperature were adjusted using an air-conditioning machine to preset values before being admitted into the burner. ASTM No. 2D diesel oil was atomized, mixed with the inlet air and burned inside the industrial furnace. Eight small rectangular slots were cut on the upper side of the furnace to allow gas analyzer and thermocouple probes to be inserted into the furnace center to measure the axial variations in the gas temperature, burning efficiency and burning gas compositions such as NO_x, SO₂, CO. The experimental results show that the O₂ and NOx emission concentrations decreased while the CO₂ emission concentration and burning efficiency increased with either increasing inlet air humidity or temperature.     

Analysis of Wave Nonlinear Dispersion Relations

1. Introduction The application of the equation taking into account the weak nonlinearity along with the specificboundary condition is a very important and feasible way to study the wave field influenced by weak non linearity, including refraction, diffraction and shoaling. Results of study show that the method can givesufficient accuracy for practical purposes (Booij, 1981; Hedges, 1987; Choi, 1995; Dingemans,1997; Zhu and Hong, 2001; Li and Yu, 2002; Inan and Balas, 2002; Sun and Ga…     

The wind-field structure in a stably stratified atmospheric boundary layer over a rough surface

Both wind turning with height and ageostrophic flow in a stably stratified atmospheric boundary layer are analyzed using a three-parameter turbulence model. For a quasi-steady state of the boundary layer, the cross-isobaric flow is determined only by turbulent stress at the surface in the direction of geostrophic wind. The “operative” prediction models, in which the first-order turbulence closure schemes are used, tend to overestimate the boundary-layer depth and underestimate the angle between the surface and geostrophic winds when compared to “research” models (schemes of high-level turbulence closure). The true value of the angle between the surface and geostrophic winds is significant for the presentation of a large-scale flow. A nocturnal low-level jet is a mesoscale phenomenon reflected in data obtained from measurements in a stably stratified atmospheric boundary layer. It is found that such jets are of great importance in transporting humidity, momentum, and air pollution. In this study, the difference between jet flows over a homogeneous underlying surface and over a spatially localized large-scale aerodynamic roughness is shown.     

Atmospheric correction of Landsat data for the retrieval of sea surface temperature in coastal waters

1IntroductionRemote sensingis an effective approach for esti-mation of the sea surface temperature(SST),andadvanced very high resolution radiometer(AVHRR)and moderate resolution imaging spectroradiometer(MODIS)thermal infared(TIR)data are widelyused in th…