海洋湍流的测量及相关分析

对海洋湍流速度脉动的一维概率密度作了测量，并把测量结果与高斯分布进行了比较，比较的结果表明，一个接近于高斯分布而另一个却差别较大。计算到直至五阶湍流相关函数并与网络并与网格湍流进行了比较，结果都表明小时间间隔中测量结果与网格湍流的结果近似一致。而大时间间隔中却相差很大，以上结论说明了较长的测量时间的必要性。     

赤道地区海水的垂直混合

虽然自1972年就开始了赤道湍流的测量,但是,直到1984年在赤道太平洋水域及其附近所进行的广泛而系统的测量才使我们对湍流混合及其时间变化有了崭新的认识。湍流活动正如我们所预料的那样,是如此巨大;但是它随时间的变化,却远远超过预料之外,日变化尤其如此,夜间平均湍流动能耗散率是白天的一百倍。这种变化发生在温跃层以及混合层中。与之有关的一些问题是:(1)在什么纬度和经度上,以及在什么季节会出现这种周期日变化?(2)是什么引起了这种较长期的时间变化?是大气强迫作用还是通过赤道波的切变场调制?(3)内波起什么样的作用?(4)能否用理查逊数来使湍流作用参数化?如果可以的话,那么合适的尺度有多大?现在已经取得了参数化,有关这些问题的观测结果,并不能肯定地解决这些问题。现在就取得的一些证据展开讨论。     

北部湾潮致、风生和热盐余流的三维数值计算

基于二阶湍流闭合模型计算涡动粘性系数的POM三维水动力模式，研究采用细网格，考虑了6个岛屿的影响，海底磨擦系数进行划片取值，把作为强迫力的潮汐、风力和热盐统一在一个模型中，诊断计算并获得了北部湾三维潮致－风生－热盐余流。用实测资料对计算结果进行了验证，显示了本研究结果的合理性。同时给出了潮致余流、风生流和热盐余流，并且对各因子的作用做了比较和分析，结果表明风生流占主要成分。     

关于测深仪声速改正问题的探讨

用累加法对声速剖面仪和CTD声速剖面仪测量声速剖面资料进行了类比计算，得出两者测量声速具有可替换性的结论，并对声速剖面仪测量声速剖面的时间间隔作了探讨。     

基于LES的ROV导管推进器梢隙流动数值研究

导管推进器是一种普遍应用于无人遥控潜水器（ROV）等潜器中的特种推进器。在桨叶与导管之间的梢隙中存在非常复杂的流动，本研究基于大涡模拟（LES）对导管推进器的梢隙流动进行了数值模拟分析。通过对时间步长的收敛性研究，建立两套基于不同网格类型的计算模型。将计算结果与试验进行对比，比较两种不同类型网格模拟结果的差异发现，切割体网格能够更好地捕捉到泄涡的细节，并结合梢隙流场的原理分析泄涡发展的过程，梢隙涡的驱动力是吸力面与压力面之间的压差。此外，随着进速系数增大，梢隙周向的涡管轴向分布范围减小，主泄涡发生位置延后，泄出涡的长度和数量都有所减少。     

波浪水槽中振动格栅湍流特征的实验研究

在波浪水槽中采用格栅振动的方式产生湍流,研究振动格栅产生湍流的特征。本文开展了4类实验,调节测量点到格栅平均位置的距离、格栅振动频率、振动冲程,采用ADV测量水体中单点的脉动速度。实验结果显示,湍流强度在一定范围内随离格栅距离的增大而逐渐减小,随着振动频率的增大而呈幂指数增大,随着振动冲程的增大而呈幂指数增大。同时还比较了两个不同格栅产生湍流的不同。结果显示,在波浪水槽中,振动格栅产生湍流的强度还与格栅的长度尺寸有关,这与在水箱中振动格栅产生湍流的特征不同。     

基于物理造波和主动消波的黏性数值波浪水槽开发

基于推板造波理论和摇板造波理论,在Open FOAM平台上采用重叠网格技术建立黏性数值波浪水槽,并使用一种结合SIMPLE算法和PISO算法的PIMPLE算法对数值模型进行求解。利用开发的数值模型通过数值收敛性测试和网格独立性测试分别重点研究了时间步长、库朗数和网格尺寸对数值精度和计算效率的影响。并对比研究了此数值模型分别嵌入层流模型和湍流模型的计算精度和计算效率。实现的规则波和二阶有限振幅波与理论结果和试验结果吻合,验证了此黏性数值波浪水槽的造波和主动消波功能。基于二维数值波浪水槽,进一步研究了三维数值造波,数值计算结果与理论结果吻合良好。研究结果不仅验证了重叠网格在二维和三维两相流体域中求解运动物体与流场交互的可靠性和正确性,而且为使用此黏性数值波浪水槽解决更复杂的海洋工程问题提供了依据。     

抛弃式探头下沉运动数值计算的网格划分方法研究

各类抛弃式探头下沉运动的数值计算研究都需要对探头表面和整个计算域进行网格划分的前处理过程,选择不同的网格划分方法和划分精度,会影响数值计算速度和计算精度,最终生成的网格质量决定了计算结果的收敛性和准确性。针对抛弃式探头的复杂结构,对比了两种网格划分方法、三种网格划分精度,完成探头计算区域的网格划分,采用k-ε湍流模型,进行抛弃式探头下沉运动的数值计算,并将计算结果与水箱和水库实验结果进行对比,验证了混合网格划分方法和普通精度网格对抛弃式探头下沉运动数值计算的适用性,研究结果对类似较为复杂结构的水下运动体的数值计算前处理过程具有一定的参考和借鉴意义。     

大洋细结构的一种可能的机制Ⅲ.对混合过程动能耗散的估计

继第部分之后研究了惯性内波和近惯性内波由f～的作用所致的剪切不稳定引起的破碎机制。物理上,该机制很象存在由风应力所致薄表面涡旋漂流层时表面波的破碎与饱和过程。惯性内波和近惯性内波的破碎产物与小尺度湍流一起形成了混合块,它与Gregg等人(1986)的持久混合观测结果一致。依据Thorpe(1973)实验的结果作者提出了一个估计湍流动能耗散率和消衰时间的方法。结果表明,在剪切不稳定中近惯性内波在湍动耗散中起了关键作用,而惯性内波引起非常弱的湍动耗散。使用内波能量谱的标准总能量密度估计出的近惯性内波的耗散率和消衰时间与PATCHEX测量结果非常一致。文中还讨论了几个与此破碎机制有关的问题。     

波浪破碎下湍流混合的实验研究

波浪破碎过程产生的湍流动量和能量垂向输运对于加快海洋上混合层中垂向混合具有显著效果。采用二维实验室水槽中对波浪破碎过程进行模拟。对采集的波浪振幅时间序列采用希尔伯特变换定位破碎波位置,波浪的破碎率随有效波高的增加而增大,波浪谱分析得到的波浪基本周期与有效周期结果相似。实验中采用粒子图像测速技术(particle image velocimetry, PIV)计算波浪破碎过程中湍动能耗散率的空间分布。湍流强度与波浪的相位密切相关,波峰位置处湍流活动最为剧烈,而且波峰位置处湍流混合区内湍动能耗散率量值的垂向分布基本保持不变,即出现"湍流饱和"现象,湍流影响深度可以达到波高的70%—90%。计算湍流扩散系数的垂向分布发现,湍流扩散在混合区上部随深度的增大以指数函数的形式增加,在混合区下部趋于稳定。作为对比,在相同位置处对声学多普勒流速测量仪(acoustic Doppler velocimeter, ADV)测量的单点流速做频谱分析,发现与该位置处PIV湍动能耗散率结果量级处于同一水平,进一步验证了实验结果的准确性。     

西沙礁序列的磁性地层学研究

利用西沙群岛西琛一井３３０ｍ以上井段的１４９块岩心标本，用美国２－Ｇ型超导磁力仪进行了古地磁测定，获得了一个从更新世至中新世晚期包括布容，松山，高斯和吉尔伯特四个极性时及若干亚极性的磁性地层柱，为礁序列的划分对比，提供了新的依据。     

高斯投影与横墨卡托投影等价性证明

为探寻球面高斯与横墨卡托投影间的内在联系,将墨卡托投影中的圆柱旋转90°,与某一子午线相切,并根据球面三角形定理得到横墨卡托投影的一般表达式;考虑到高斯投影实数型级数展开式不易于进行公式变换,推导出球面高斯投影复变函数表示式;根据复变函数及常用初等函数的定义,从高斯投影复变函数表示出发,经过一系列数学分析过程,给出球面高斯投影与横轴墨卡托投影等价性的严格证明。     

春晓气田泥岩垮塌测井数据校正及应用

由于存在部分泥岩井眼垮塌，东海春晓气田测井曲线砂泥岩阻抗部分叠置。针对这一现象，采用未垮塌段泥岩伽马与密度拟合关系校正垮塌段泥岩密度，声波时差经本区伽德那公式拟合后求取。通过泥岩垮塌测井数据校正前后对比、直方交会、岩石物理、正演及反演效果分析，认为校正后的测井数据比较真实地反映垮塌段扩径泥岩地层特征，储层与围岩波阻抗差异明显，为储层反演、砂体空间展布分析提供了有力依据。     

长江三角洲部分钻孔沉积岩芯古地磁的初步研究

长江三角洲地区是我国重要工农经济区，对其第四纪地质的研究对于了解该区水文工程地质、河口海岸演变和土地开发利用有着十分重要的意义。为了进一步对该区第四纪地层的划分对比提供年代地层学上的依据，我们先后对和桥、梅捻、正仪、祝塘、吴江、北坎、常州、江都八个地方钻孔的沉积岩芯进行了古地磁的研究，并对部分样品进行了放射性碳年代测定，初步建立了本区的古地磁极性变化年表。     

Impact of non-Gaussian statistics of atmospheric variables on extreme intramonth anomalies

The analysis of asymmetry of probability distribution functions (PDF) is carried out for key atmospheric variables using the JRA-55 reanalysis data in the troposphere of the Northern Hemisphere for 1976–2014. The nonzero asymmetry of the PDF indicates the deviation of the PDF from the normal distribution. The analysis was carried out for two time-scale intervals: synoptic variability (SV) of 2–7 days and low-frequency variability (LV) of 9–30 days. Statistically significant deviations from the normal probability distribution occur in the regions of the most frequent formation of atmospheric baroclinic perturbations, i.e., over the western parts of the oceans in midlatitudes and downstream in the atmosphere. In the SV time-scale interval, a negative asymmetry of the vertical velocity is revealed in isobaric coordinates for the entire thickness of the free troposphere, which agrees with the overall dominance of cyclonic anomalies in this interval of time scales. In the LV interval, the asymmetry of this variable in the entire free troposphere is positive, which indicates the dominance of anticyclonic anomalies at these time scales. For the zonal velocity, temperature, and geopotential, the asymmetry sign of the PDF for variability with time scales of 2–7 days is different for the upper and lower free troposphere. The asymmetry of the PDF for atmospheric variables indicates the important role of the intermode interaction in the formation of baroclinic perturbations. The corresponding deviations of synoptic variability from the normal distribution, which is found in the upper troposphere of the subpolar and polar latitudes, can be related to the interaction of these perturbations with the winter polar vortex. These deviations of PDF from the normal distribution substantially increase the probability of the appearance of large (in absolute value) anomalies as compared to the case of the Gaussian PDF.     

波向对变风向的响应

由能量平衡方程导出匀质波场局地风生浪平均波向对变风向的响应。结果表明,响应的时间尺度不但取决于波能的成长速率,还取决于方向分布函数和风向与平均波向之夹角。按文圣常提出的在局地风作用下的标准风浪成长曲线,对其响应时间尺度的定量估计结果表明,本文提出的无因次响应时间尺度与无因次能量和无固次峰频率的关系,与现已提出的模式比较与实测更符合。     

海浪的特征波陡

在现有的海浪要素统计分布的理论框架下具体地推导了二维海浪波良与波长的联合统计分布,波长统计分布以及波陡的统计分布,在此基础上对上特征波陡的定义及期 承风要素的变化规律做了较为细致的讨论。     

乐清湾海域真刺唇角水蚤在盐度梯度下的生态阈值研究

基于2016年5月乐清湾海域的海洋调查资料,分析了浮游动物真刺唇角水蚤(Labidocera euchaeta)的优势度及其与海水盐度(S)的相关性,并利用高斯模型研究了在盐度梯度下真刺唇角水蚤丰度的生态阈值(Ecological Threshold,ET)。结果表明:真刺唇角水蚤是乐清湾海域春季浮游动物优势种之一,优势度为0. 061;其丰度与盐度呈极显著负相关关系(p 0. 01),盐度是影响真刺唇角水蚤水平分布的主要因素之一;其最适盐度值为21. 36,最适盐度生态阈值区间为[20. 17,22. 55],真刺唇角水蚤在盐度梯度下的生态阈值区间为[18. 99,23. 73]。此外,还探讨了盐度对真刺唇角水蚤生长的影响,以及此生态阈值研究在乐清湾海域资源环境承载能力监测预警中的作用。     

SAR图像分块CFAR迭代的极地冰山检测

通过迭代CFAR算法，本文发展了一种针对分块SAR图像的冰山检测方法。考虑到滑动窗口运算负担大、计算效率低，首先对SAR图像进行分块，以提取分块内的亮目标冰山。利用高斯模型表征后向散射系数的统计分布，冰山检测阈值可简单地表达为均值和方差的线性组合，将分块内像素逐个比对阈值以检测冰山。考虑到同一场景中尺寸变化大的冰山影响检测精度，以识别的冰山像素做种子执行区域生长，从而提取大尺寸的冰山。针对单个分块迭代上述处理，以降低高斯模型表征分块统计分布的误差，提高冰山检测精度。利用2013年11月22日和29日获取自极地海域的两景RADARSAT-2图像开展验证试验。结果表明，数量多、尺寸变化大并嵌入在海冰等极地常见情形下的冰山，能被文中方法有效识别，选取区域内正确率高达85%以上，且具有良好的运行效率。     

Estimation of extreme slamming pressures using the non-uniform Fourier phase distributions of a design loads generator

Slamming pressures are predicted using a nonlinear ship motion program whose input is an ensemble of short wave trains tailored to produce a large, linear pitch response. These short wave trains are calculated via a design methodology that first creates short time series containing a specified, large ship response and then back-calculates the incident wave trains using linear systems theory. The background simulations and theory used to create these short time series are presented here. Monte Carlo simulation of moderately rare events of a random process indicate the random Fourier component phase PDFs are non-uniform, non-identically distributed, and dependent on the rarity of the target event. These PDFs are modeled using a single parameter, Modified Gaussian distribution and used to generate design time series with a given expected value at a specific time. To predict rare events without resorting to Monte Carlo simulation, the parameters of the Modified Gaussian distributions are calculated via characteristic function comparison. The characteristic functions compare a target PDF calculated from extreme value theory to a PDF based on a discrete Fourier representation of the stochastic process with non-uniform component phases. The comparison to extreme value theory helps to quantify the risk associated with rare events.