一种变截面河口中非线潮波的的研究

本文采用一维非线性考虑摩擦的流体动力学方程研究变截面河口的非线性潮波、河口宽度呈指数形式变化B=Boe~(-bx),深度h为常数。运用摄动法求解一维非线性流体动力学方程。可以发现解和Airy解是包含在本文解中的两种特殊情况。只要在我们的解中,令b=0,就可以得到前者。若令b=0和f=0(f是线性摩擦系量),则可以得到后者。根据二阶解对变截面河口中非线性潮波的物理机制进行了探讨,指出在线性摩擦系量假定下,河口中浅水分潮波由两部分组成。一部分来自河口以外,是由湾外浅水非线性效应产生的。另一部分则是由浅水非线性效应在湾内产生的。另外,潮余流和余水位与浅水分潮的物理机制并不完全相同。前者由浅水非线性效应、摩擦和河口的变形效应的相互作用产生,而后者主要依赖于浅水非线性效应。最后将本文的非线性模式应用于杭州湾非线性潮波的模拟。共计算了7个分潮(O_1、K_1、M_2、S_2、M_4、S4_、MS_4)。可以发现,运用入射的前进潮波以及它们的相互作用模拟的结果与实测资料吻合良好,从而可以认为杭州湾的潮波基本上是以前进波为主。     

台湾海峡及南海东北部潮汐的解析模式

将摩擦力项取为线性形式，联合考虑了科氏力，摩擦力以及非摩擦非线性效应，给出了等深海峡中源潮波及浅水潮波解析形式的解；探讨了各分潮波振幅的分布变化情况，并将本文的解析模式应用于台湾海峡及南海东北部海域；计算了Ｍ２，Ｓ２，Ｍ４和ＭＳ４４个分潮的理论解。与实际观测比较表明，在台湾海峡内，半日潮和四分日潮解析解与实测符合较好；在南海东北部，半日潮波解析解与实差异较大。作者认为这是由于来自吕宋海峡传入的潮波     

∣U∣U的Fourier展开和渤海海底拖曳系数CD

在潮波动力学中,底摩擦在潮波之间的相互作用中起着很大的作用。本文将与速度平方成正比的底摩擦项展成一个Fourier级数,并讨论了底摩擦引起的潮波之间的相互干扰。 由非线性动量方程,我们得到机械能方程。利用以上的 Fourier级数,本文由机械能方程给出一种求解某一区域上平均拖曳系数C_D的方法。将此方法应用于渤海,求得该海区的拖曳系数C_D=0.0013。     

自由潮波与受迫风暴潮波的非线性相互作用的理论探讨

迄今为止,天文潮波和气象潮相互作用的理论研究均局限于自由波的非线性效应。 本文试图对自由潮波和受迫气象潮波的相互作用作一探讨。作者求出的非线性精确解用于给出自由天文潮波与受迫气象潮波的零级解析解。 结果表明强迫波中心处非线性效应最大。强迫波中心遇到高潮时其增水小于强迫波中心遇到低潮时的增水,并且前者增水曲线更为平缓。因此,当强迫波中心与高潮相遇时,增水的时间往往持续得更长一些。     

海湾的潮汐与潮流

1921年,Taylor曾经对海湾的潮汐现象进行过理论研究,所研究的海湾是水深均匀的,并且是由两平行海岸及一条与它们相垂直的海岸所构成的半无限长的水域,在研究工作中还忽略了海水所受到的摩擦作用。虽然如此,Taylor所得到的海湾內的潮波系统图颇能说明某些实际现象。在实际上,海湾中的潮波运动是受到摩擦作用的,这种作用在潮波系统图上表现出最明显之点(这早就为许多海洋学家注意到),就是在北半球无潮点偏向左岸(如果我们面对     

半封闭矩形海域中海底地形对旋转潮波系统的影响

为了探讨海底地形对旋转潮波系统的影响,本文对不同底形情况下的潮波运动进行了数值试验。根据试验结果绘制了同潮图并作了讨论。其结论是:(1)对无潮点相对于矩形海域中轴线的偏移来说,摩擦的影响和海底地形的影响可能都是重要的。如果是浅水区域,这种偏移主要是由摩擦引起的,但对平均水深较深、海底在横方向上有坡度的水域来说,底形效应是导致无潮点偏移的主要因素;(2)海底摩擦仅能使无潮点偏移到中轴线的左方(如果人们面向湾顶),而底形则可能使无潮点偏移到中轴线的左方或者中轴线的右方,这将取决于海底横向倾斜的方向。     

关于半封闭海湾潮波的数值模拟

本文用H-N方法的单层模式,对若干规则形状半封闭海湾内的潮波进行了数值试验,并结合黄、渤海区潮波的数值模拟进行了讨论.本文认为,在一个海湾中,当潮波在前进方向上遇到向右转的岸线时,在其附近容易产生一块右旋区域;而在遇到向左转的岸线时(包括海湾的顶端),容易产生左旋;从而对黄、渤海中不同区域内旋转方向的不同给出一种机制性解释.本文还讨论了数值模拟中开边界上各点输入水位的振幅和迟角变化对海湾内水位和潮流的影响.     

一维水域潮波运动的变浅效应

根据浅水非线性潮波动力学方程，考虑线性变浅的一维水域，采用摄动法求解得到了变浅效应所产生的附加潮彼部分，进而根据所得解的讨论，较详细地揭示了潮波进入浅海后变浅效应的作用下所发生的变化，并得出结论。变浅效应使进入浅海的潮波波速变慢。摩擦效应与变浅效应的相互作用决定了潮被振幅的变化，当变浅效应大于摩擦效应时，潮波振幅增加，且变浅效应越强，潮波振幅增加越大，反之则减小。     

一种三维空间非线性潮波的数值模拟（I）——渤海M4和MS4分潮波的试算

Defant在长渠的潮波方程中引入了分潮波的时间因子exp(-iσt)(其中σ为分潮波的园频率，t为时间变量，i=√-1)，从而建立了不含时间变量的分潮波方程，并首先使用了数值解法．电子计算机问世后，Hansenc首先将这一方法推广至二维真实海域——北海，给出了所谓“潮波边值问题”的数值方法。     

一种三维空间非线性潮波的数值控拟(Ⅰ)——渤海M_4和MS_4分潮波的试算

引言 Defant在长渠的潮波方程中引入了分潮波的时间因子exp(-iσt)(其中σ为分潮波的园频率,t为时间变量,i=(-1)~(1/2)),从而建立了不含时间变量的分潮波方程,并首先使用了数值解法。电子计算机问世后,Hansen首先将这一方法推广至二维真实海域——北海,给出了所谓“潮波边值问题”的数值方法。此后,等人又将该方法推广至三维空间的情形。然而,Hansen曾断言,这种分潮波的边值问题方法     

一维水域潮波运动非线性和底摩擦效应的探讨

一、前言讨论一维潮波运动,特别是对其非线性和底摩擦效应的探讨,所得的结论有助于推广到二维潮波运动的研究,也可以近似地用来说明某些河口的潮汐现象。 Officer,C.B.引述非线性一维潮波动力学方程,根据口门已知一个分潮求解,得出倍潮波。其中没有考虑底摩擦效应,因此未能解释河口的潮波传播的实际问题。Amin,M.在口门取两个分潮作为已知条件求解,在不考虑摩擦项的情况下得出     

潮波方程数值格式与摩阻系数选取

基于一维阻尼潮波传播方程解析解,从求解数值格式及Heuristic稳定性分析方面,讨论了数值解的精度、计算耗时和摩阻系数选取等问题。研究结果表明:1)Courant数小于1时,潮波方程显格式解的精度略高于隐格式解,计算耗时少于隐格式解;2)为减少计算耗时,潮波方程的隐格式解允许较大的时间步长,但解的精度有所降低,须通过减小底床摩阻系数以保证计算精度;3)隐格式解摩阻系数的选取与Courant数有关,Courant数越大,摩阻系数的选取值比实际值越小,通过理论分析结合数值试验得到了相应的关系式。这些研究结论对实际海域的潮波传播的数值模拟具有重要的应用价值。     

长方形浅水海湾的一种潮波模式

本文考虑入射波、反射波、地转和底摩擦效应,探讨了长方形浅海旋转潮波的运动。导出无潮点的计算公式和等振幅线方程,指出旋转潮波兼有驻波和前进波的某些特点。根据本文求得的有关表达式,计算了辽东湾半日潮潮波模式,并且与其他作者用边值方法或等值线法得到的结果作了比较。     

河北省海岸带潮汐特征

由渤海海峡进入的潮波,一部分传向辽东湾,一部分传向渤海湾,当这种潮波由外海向沿岸传播的过程中,受地形和地转的影响,形成复杂的潮波运动。而河北省海岸带的潮汐现象,正是这种复杂潮运动在沿岸区域的反映。根据河北省沿岸部分台站实测潮位资料,其中,塘沽二十年的资料(1960—1979),秦皇岛二十年资料(1960—1979),王滩(1980),南堡(1983)实测潮位资料,简述河北省沿岸潮汐特征。     

莫桑比克海峡及其邻近海区正压潮流数值模拟与能量收支分析*

莫桑比克海峡及其邻近海区是全球海洋潮流和潮能耗散最强的海区之一。文章利用高分辨率通用环流模式对该海区的正压潮流进行模拟, 并对该海区潮能通量和潮能耗散特征进行分析。结果表明, 莫桑比克海峡及其邻近海区的潮波主要是半日分潮占主导地位, 全日分潮可忽略不计, M₂分潮形成1个左旋潮波系统和1个右旋潮波系统, S₂分潮形成1个左旋潮波系统。莫桑比克海峡和马达加斯加岛南部等绝大数区域的M₂和S₂半日潮流是逆时针旋转, 在马达加斯加岛顶部等局部区域是顺时针旋转, 而且在海峡通道等复杂地形处潮流流速量级较大。潮能通量矢量主要来自东边界, 大部分潮能通量沿马达加斯岛北部传入莫桑比克海峡区域, 其中经过马达加斯加岛北部和进入莫桑比克海峡的M₂ (S₂)分潮的潮能通量分别为156.86GW (40.53GW)和148.07GW (36.05GW), S₂分潮潮能通量的量级大约为M₂分潮的1/5~1/4。底摩擦耗散主要发生莫桑比克海峡和马达加斯加岛南北部, 其中莫桑比克海峡M₂ (S₂)分潮的底摩擦耗散为1.762GW (0.460GW), 占其底部总耗散的43.74% (39.72%)。     

珠江磨刀门河口潮波振幅梯度与上下游动力边界的关系异变研究

强人类活动目前已经成为河口演变的主要动力。阐明流量驱动下河控型河口潮波传播演变过程及机制,对河口治理及人类活动的影响评价具有重要指导意义。以珠江磨刀门河口为例,研究了径潮动力阶段性演变特征。采用流量驱动的R_TIDE数据驱动模型探究了该区潮波振幅梯度和上下游动力边界(即上游流量和口门振幅)关系的变化规律。结果表明,在强人类活动影响下,各潮位站M₂分潮振幅明显上升(三灶站除外),且具有季节性差异和阶段性变化,灯笼山-马口河段的M₂分潮振幅沿程平均增大约0.07 m,河段潮波振幅梯度平均增大约4.61×10^–6 m^–1。研究潮波振幅梯度与上下游动力边界的阈值的关系表明,阈值效应主要出现在甘竹-马口河段。在强人类活动影响下,潮波振幅梯度阈值增大,相应的流量阈值增大,而振幅阈值基本不变。在达到振幅阈值之前,由于底床摩擦效应,大潮振幅衰减效应大于小潮,而在超过振幅阈值后,地形辐聚效应成为影响潮波振幅梯度变化的主要因素,大潮振幅衰减效应小于小潮。阈值的变化主要与流量、地形、摩擦等多因子耦合作用有关,当地形辐聚效应和底床摩擦效应达到平衡时,潮波振幅梯度与上下游动力边界之间则出现阈值效应。该现象的发现可为河口海岸防灾减灾和水资源管理等实际问题提供重要理论支撑。     

第五章 非线性三维潮波边值问题模型

潮波的H—N方法,是直接对潮波所满足的原始流体动力学方程组,在开边界输入潮位或通量的瞬时值的条件下而进行海湾或陆架胁振潮位潮流瞬时值的数值计算。这里再介绍一种潮波的边值模型,即按分潮波概念,将谐波分析法和小参数法引入潮波流体动力学方程组后,形成了一系列分潮位调和常数的椭园型方程,在全周界(或者也只在开边界)给出分潮位调和常数的条件下进行分潮位调和常数的数值计算。     

二维长波方程的一个无条件稳定有限差分格式

本文对二维长波方程采用劈分算子法给出了一个无条件稳定的有限差分格式。将此格式运用于求解矩形等深海湾的潮波,得到与解析解一致的结果;运用于北部湾全日潮和半日潮的计算,结果与实测一致。     

南沙及其西南海域的潮波系统

不同研究者所给出的南沙及其西南海域的同潮图历来有很大差别。为了给出更准确的同潮图，本文采用沿岸和岛屿200多个验潮站的调和常数给出了M2，S2，K1和O1四个主要分潮新的同潮图，同时还探讨了这些分潮之间的关系。研究表明，M2和S2在泰国湾的期波系统很相似，但在卡里马塔海峡和爪哇海差别相当大。M2潮波基本上属于驻波性质，而S2潮波则具有向西传播特征。在某些区域，如望加锡海峡的部分区域，S2的振幅可以超过M2。泰国湾中K1和O1的潮波系统也相类似。在卡里马塔海峡，这两个潮波都向南传播，但在爪哇海，O1潮波继续向东传播而K1潮波则倒过来向西传播。     

东海东北部M2潮流场的三维数值模拟

本文使用一种简便的三维潮波模式,研究了东海东北部M₂潮流的分布,特别是该海域潮流的垂直变化。所得结果与观测符合良好。本研究所用计算方法的主要特点是:1)将潮流的垂直变化作为其深度平均速度的函数求解。2)能应用不同形式的垂直涡动粘性系量。3)有着较好的垂直分解度,尤其是在近底层。所以,该方法不仅能使我们较容易地得到稳定解,而且能较好地反映摩擦对垂直变化的影响。