海底表层土导热系数变化规律的试验研究

基于热探针法原理,测试了在杭州湾以东陆架区取得的28个海底表层柱状样0.2、1.0和1.8 m处的导热系数,结合激光粒度分析结果,比较了研究区6种土导热系数的大小,发现含砂量大于10%的粗粒土拥有较大的导热系数。土质类型相同时,含水量和干密度对其导热系数影响显著。杭州湾沉积区、混合沉积区,陆架砂质沉积区表层土导热系数的平均值分别是:1.25、1.45 和1.46 W·m^-1·K^-1,呈现出由近岸向外海增大的趋势。而土样导热系数在垂向的变化表明:水深、埋深等空间分布因素对海洋土的热物性没有直接影响。     

Ekman模型时间变化风应力系数的伴随参数估计

本文基于时间分布参数设置,利用伴随同化方法,反演了Ekman模型中随时间变化的风应力拖曳系数,并在孪生实验和实际实验中对该方法进行了验证。在孪生实验中,研究了参数反演结果对不同影响因素的响应,包括:风速分布、风应力系数分布、风应力系数初始猜测值、风应力系数独立变量个数、观测数据误差和观测的深度。孪生实验结果验证了伴随同化方法反演Ekman模型中时变风应力系数的有效性,具体包括如下五个方面结论:1)不同风速分布下均能成功反演出不同风应力拖曳系数分布; 2)反演结果对初始猜测值较为敏感,风应力系数初始猜测值越接近给定值,反演结果越好;3)风应力系数独立点个数的选取会显著影响反演结果,合理的选择有利于提高反演效率及减小观测数据误差;4)观测误差能够影响反演结果,观测数据误差在20%以下时能取得合理的反演结果; 5)反演结果对观测数据的表层和次表层流速更为敏感,这是由Ekman流的物理性质决定的。实际实验,利用百慕大锚系试验平台的风速和流速数据,去除周期性潮流和地转流成分后得到Ekman流成分,并作为观测输入到该同化模型,反演出了适用于该区域和该时段的随时间变化的风应力系数。通过比较模拟流速和观测流速,证明利用伴随同化方法能从实测数据中反演出合理的时变风应力系数,对于海洋模型风应力系数的确定是一项有益的尝试。     

冬季南海表层黑潮的入侵形式以及相关风场的影响

利用业务化海表面温度和海冰分析系统的海表面温度(SST)数据,分析了十年间(2008—2017年)冬季南海的表层黑潮入侵,可将南海表层黑潮的入侵可分为西向入侵型和西北向入侵型两种方式。利用经验正交函数对SST场和海表面风场进行分解,发现可用SST场第二模态时间系数来表征黑潮入侵形式的年际变化趋势,用风场的第二模态时间系数表征风向的变化。通过Ekman流场分析发现吕宋海峡南部海域风向的年际变化与冬季表层黑潮入侵形式的年际变化存在着密切联系,但这个风向的改变并非是影响表层黑潮入侵形式的唯一因素。     

关于洛伦茨曲线与吉尼系数的探讨

作者运用数理统计的手段 ,分析了在经济学中广为应用的描述性曲线 -洛伦茨曲线y =L ( t)的数理实质 ,给出其积分表达式 ,L ( t) =( 1/ Eξ) ∫t0 F-1( u) du,并在此基础上讨论某些分布的吉尼系数与标准差系数的关系 ,同时给出一个讨论一般分布函数的吉尼系数的途径 :将分布函数展成泰勒级数     

热带太平洋对风应力拖曳系数响应的敏感性试验

为了检验一个准全球的海洋环流模式中热带太平洋对风应力变化的响应,使用NCEP月平均再分析资料计算的强迫场强迫该模式进行控制试验,在(10.5°S～9.5°N,159.75°E～110.25°W)的区域增大或减小风应力拖曳系数进行敏感性试验,并把试验结果与同时段的SODA资料进行分析比较.该模式基本能模拟出海洋环流的基本气候态,但是对一些细节描述还不够准确.试验结果表明,风应力减小时可以改善模式对热带东太平洋冷舌的模拟,而对次表层温度和流场的刻画能力较弱.增大风应力则对次表层温度和流场的模拟有所改善.通过对模式中热量收支的分析可知,平流过程、扩散过程对热带太平洋海表温度的变化起到了重要的作用;海表面热交换可以促使海温距平向相反的方向发展.垂直输送对赤道中东太平洋表层的降温起重要作用,抑制了次表层的增暖,水平平流过程则促进了赤道太平洋次表层的增暖.     

南沙群岛海域近海面粗糙度、中性曳力系数及总体交换系数研究

根据 1 994年 9月 1 8— 30日南沙群岛海域渚碧礁的近海面大气湍流观测实验资料 ,分别计算了该海域光滑海面和粗糙海面上的空气动力粗糙度 (z0 )、中性曳力系数 (CDN)。利用Brutsaert的假定 ,推导了一组求取标量粗糙度 (zT,zQ)、整体输送系数 (感热交换系数CHN、水汽交换系数CEN)的公式。在此基础上分别计算和分析了该海域近海面光滑海面和粗糙海面上z0 ,zT,zQ,CDN,CHN,CEN 及它们关于水平风速u分量的分布 ,并得到了一些有意义的结论。     

基于伴随同化方法的Ekman模型垂向涡动黏性系数时间变化研究

为了得到一种有效的计算海水涡动黏性的途径,本文基于伴随同化方法,研究了Ekman模型中垂向涡动黏性系数(verticaleddyviscositycoefficient,VEVC)的时间变化。本文推导了时间变化VEVC的优化关系式,并利用理想实验对三个影响因素进行了探究,包括优化算法、初始猜测、观测深度,其主要结论是:(1)梯度下降法的优化效果优于共轭梯度法和有限记忆BFGS(limited-memoryBroyden–Fletcher–Goldfarb–Shanno)法;(2)初始猜测值与实际值接近时,收敛速度更快,反演误差更小;(3)反演结果对表层和次表层的流速更为敏感。本文从百慕大试验站锚泊系统(Bermuda Testbed Mooring, BTM)的数据中提取了Ekman流速,并反演了VEVC的时间变化,实际实验结果表明:(1)对于实测数据而言,仍是梯度下降法优化效果最好;(2)将VEVC设置为时间变化型的反演策略,反演效果优于常数型和深度变化型;(3)该地区VEVC在0.01m~2/s左右。该研究为Ekman流的数值模拟提供了一种确定VEVC时间变化的有效方法,对于其他动力机制的研究具有一定的参考价值。     

不规则波作用下垂直挡板式透空堤透浪系数试验研究

垂直挡板式透空堤作为一种新型的透空式防波堤结构,通过将挡浪板垂直设置于波能最集中的水体表层来消减波浪,透浪系数是其最关键的指标。通过物理模型试验,分析不规则波作用下入射波高、波周期、挡板相对入水深度、相对堤宽、相对挡板超高、相对面板超高等因素对垂直挡板式透空堤透浪系数的影响规律,并在Wiegel公式的基础上拟合了垂直挡板式透空堤透浪系数的计算公式。可作为今后类似透空式防波堤结构透浪系数的近似估算,具有一定的参考价值。     

厦门港、九龙江口海洋微表层营养盐、有机物、微量金属分布特征初探

本研究表明,在厦门港、九龙江口海区海-气界面微表层中营养盐(NO₂-、NO₃-、PO₄3-)、悬浮颗粒、有机物(POC、PON、DOC)、微量金属(Cu、Ni.Cd)发生富集,平均富集系数([X_t]微表层)/[X_t]_15cm深度)大多数在1.0—2.0范围之内.所测定组分主要以溶解态富集为主.溶解有机物和悬浮颗粒的富集可引起其他组分总量和形态分布的变化,各组分的浓度、形态分布及其在微表层的富集系数与站位分布不呈规律性变化,而和采样现场海况密切相关,表明海区微表层的复杂和初态变化的特征.     

渤海、和东海海气交换系数研究黄海

海气之间交换系数的研究报道很多(Anderson,1981; Hicks,1972),但由于观测时间、地点及所取资料的不同,所得结果也不相同。通常认为,风应力系数CD=1.5*10-3,热量CH和水汽CE的交换系数近似地等于CD(Businger,1975),其可能误差为±50%。Deardorff(1968)认为交换系数依赖于边界层的稳定度。而 Bunker(1976)根据他的理论给出了大西洋不同温度层结、不同风速范围下的海气交换系数。Frieche和Schmidt(1976)的实测资料分析表明,交换系数在不稳定条件下比稳定条件下要大得多,赵永平等(1982)也得出了相同的结论。Kondo(1975)在实验的基础上，依据稳定与不稳定条件下的廊线给出了交换系数CD,CH,CE的表达式,其结果与在1974-1975年气团变性实验(AMTEX)中Murty和Nitta等(1976)用热收支法计算的结果及风洞实验结果相一致。 渤海、黄海和东海紧邻大陆,受典型的季风气候影响,夏季的逆温和冬季冷空气爆发产生的强烈不稳定对海气之间的交换系数产生很大影响,因此了解本海区特定条件下非绝热交换系数的量级、变化及分布是十分必要的。本文根据渤海、黄海和东海区实测的水文气象资料,利用 Kondo的计算方法计算了该海区冬、夏季非绝热条件下的动量(CD)、热量(CH)、水汽(CE)交换系数和海面热收支,并探讨了海面热平衡的简化计算方法。     

基于CQG2000的移去恢复法求解高程异常

充分利用CQG2000的研究成果,结合GPS水准数据,采用移去恢复(RCR)法求解未知点高程异常比用单纯的GPS水准拟合法,精度有明显改善。给出了具体计算步骤,并将拟合模型分为函数模型和随机模型进行说明,最后结合算例说明了此方法的可行性。     

Application of an improved self-starter to geoacoustic inversion

The self-starter is improved using the operator of the split-step Pade solution. In addition to providing greater stability and being applicable closer to the source, the improved self-starter is an efficient forward model for geoacoustic inversion. It is necessary to solve only O(10) tridiagonal systems of equations to obtain the acoustic field on a vertical array located O(10) wavelengths from a source. This experimental configuration is effective for geoacoustic inverse problems involving unknown parameters deep in the ocean bottom. For problems involving depth-dependent acoustic parameters, the improved self-starter can be used to solve nonlinear inverse problems involving O(10) unknown sediment parameters in less than a minute on the current generation of workstations     

Effects of topography on the sub-tidal circulation in the southwestern Huanghai Sea (Yellow Sea) in summer

A nested circulation model system based on the Princeton ocean model(POM) is set up to simulate the currentmeter data from a bottom-mounted Acoustic Doppler Profiler(ADP) deployed at the 30 m depth in the Lunan(South Shandong Province,China) Trough south of the Shandong Peninsula in the summer of 2008,and to study the dynamics of the circulation in the southwestern Huanghai Sea(Yellow Sea).The model has reproduced well the observed subtidal current at the mooring site.The results of the model simulation suggest that the bottom topography has strong steering effects on the regional circulation in summer.The model simulation shows that the Subei(North Jiangsu Province,China)coastal current flows northward in summer,in contrast to the southeastward current in the center of the Lunan Trough measured by the moored currentmeter.The analyses of the model results suggest that the southeastward current at the mooring site in the Lunan Trough is forced by the westward wind-driven current along the Lunan coast,which meets the northward Subei coastal current at the head of the Haizhou Bay to flow along an offshore path in the southeastward direction in the Lunan Trough.Analysis suggests that the Subei coastal current,the Lunan coastal current,and the circulation in the Lunan Trough are independent current systems controlled by different dynamics.Therefore,the current measurements in the Lunan Trough cannot be used to represent the Subei coastal current in general.     

山东半岛北部海洋动力环境的高频地波雷达观测

利用两台高频地波雷达(ground wave radar,WERA)站对山东半岛北部雷达覆盖海区的浪、流场进行了观测,并且利用海洋-大气-波浪耦合沉积输运模型(coupled-ocean-atmosphere-wave-sediment transport modeling system,COAWST)对该区域的一个强风暴过程进行了数值模拟,对雷达观测数据、现场声学多普勒流速剖面仪(acoustic Doppler current profilers,ADCP)调查数据和数值模拟结果进行比对分析发现,模型模拟的水位变化与ADCP测量结果一致,WERA所观测到的有效波高和ADCP结果比较吻合,模型模拟的ADCP站位的流速相位、大小与雷达观测结果比较接近,与ADCP的结果有一定偏差。雷达观测的海区流场结果与模型反映趋势基本一致,但是在近岸方向上变化较大,其原因可能与ADCP的投放位置、模型的分辨率设置等因素有关。高频地波雷达系统是海岸带动力环境观测的一个有效工具,在实际应用中有着广泛的前景。     

港池中波浪折射、绕射的数值模拟方法

从流体运动方程和动量方程出发,引入海底摩擦力和港池不完全反射作用,推导出了Berkhoff折射、绕射方程。在深海部分解析方法用精确解(含待定系数)、在复杂地形用数值离散方法求解,中间过度段用的光滑匹配将离散数值(有限元)和解析解(精确解)一同求解。通过极值问题建立泛函,利用泛函的驻定性将海岸(港湾)问题进行数值离散,建立了可行的数值模拟模型。     

Three-dimensional structure of tidal current in the East China Sea and the Yellow Sea

A three-dimensional tidal current model is developed and applied to the East China Sea (ECS), the Yellow Sea and the Bohai Sea. The model well reproduces the major four tides, namely M₂, S₂, K₁ and O₁ tides, and their currents. The horizontal distributions of the major four tidal currents are the same as those calculated by the horizontal two-dimensional models. With its high resolutions in the horizontal (12.5 km) and the vertical (20 layers), the model is used to investigate the vertical distributions of tidal current. Four vertical eddy viscosity models are used in the numerical experiments. As the tidal current becomes strong, its vertical shear becomes large and its vertical profile becomes sensitive to the vertical eddy viscosity. As a conclusion, the HU (a) model (Davieset al., 1997), which relates the vertical eddy viscosity to the water depth and depth mean velocity, gives the closest results to the observed data. The reproduction of the amphidromic point of M₂ tide in Liaodong Bay is discussed and it is concluded that it depends on the bottom friction stress. The model reproduces a unique vertical profile of tidal current in the Yellow Sea, which is also found in the observed data. The reason for the reproduction of such a unique profile in the model is investigated.     

南海北部中尺度涡流预报及应用

南海北部海域是南海中尺度涡的高发区,该海区的多尺度动力过程及相互作用经常对海上工程安全造成重大影响。针对“FPSO-119”海洋工程施工船在2021年5月8日20时左右遇到“怪流”后瞬时大幅度失位现象,在排除内波等其他海洋现象与外因影响的前提下,利用海表面高度异常（SLA）数据、HYCOM模式数据以及现场实测数据,分析认为“怪流”是施工海域内中尺度涡与潮流正向叠加所导致。在此基础上,结合TPXO潮流预报数据,提出了一种将中尺度涡流与潮流矢量叠加的涡流预报方法,并通过FVCOM数值预报,对施工海域的中尺度涡流进行预报。经过与现场实测数据的后报检验,该方法能够反映施工海域内涡流在未来2 d内的主要运动特征,可作为海上工程应对“怪流”的重要参考,在工程应用中结合内波流、风海流等其他信息综合考虑分析,可更好地为海洋工程和船舶航行等提供安全保障。     

A Simulation Model for the Evaluation of the Electrical Power Potential Harnessed by a Marine Current Turbine

This paper deals with the development of a Matlab-Simulink model of a marine current turbine system through the modeling of the resource and the rotor. The simulation model has two purposes: performances and dynamic loads evaluation in different operating conditions and control system development for turbine operation based on pitch and speed control. In this case, it is necessary to find a compromise between the simulation model accuracy and the control-loop computational speed. The blade element momentum (BEM) approach is then used for the turbine modeling. As the developed simulation model is intended to be used as a sizing and site evaluation tool for current turbine installations, it has been applied to evaluate the extractable power from the Raz de Sein (Brittany, France). Indeed, tidal current data from the Raz de Sein are used to run the simulation model over various flow regimes and yield the power capture with time.     

基于BP神经网络的高频地波雷达海流空间插值

高频地波雷达是海洋环境监测的重要手段，当前已经实现对海流的业务化观测，但是外部因素常引起海流空间探测的不连续性。为解决此问题，尽量保障区域数据的完整性和准确性，本文将BP神经网络技术与空间插值相结合，建立了海流的BP神经网络插值模型，并进行了针对实测数据的缺失插值仿真，通过与反距离权重法和线性插值法插值结果的对比，分析该模型在区域海流大面积缺失、流速整体较大和流速整体较小3个方面的性能。结果表明，BP神经网络插值模型的海流预测效果明显优于其他两种方法，且在流场数据大范围缺失下也取得了良好的效果。     

兴化湾及周边海域潮流动力特征与数值模拟研究

基于2011年兴化湾及周边海域的流速、流向的观测资料,应用短期资料的潮流准调和分析方法,对海流周日连续观测数据进行分析,探讨海域潮流特征。最后,针对兴化湾岸线复杂、岛屿众多的特点,基于FVCOM数值模式,采用非结构三角形网格,建立兴化湾及周边海域潮流动力数值模型,经实测站潮汐、潮流数据对模拟结果验证,模型能够较好的刻画各测站潮汐、潮流过程特点,反映研究海域流场特征规律,可为该海域海洋环境保护和海洋开发利用提供科学论证依据。