区域海－气耦合模式对海表粗糙度参数化方案的敏感性研究

本文回顾了近年来海表粗糙度参数化研究成果,借助COARE算法对四种粗糙度参数化方案下海浪对海气界面通量及大气底层运动的影响进行分析,并对高海况条件下,区域海－气耦合模式对海表粗糙度参数化方案的敏感性进行了初步的探讨。研究表明：海表粗糙度受海面波浪状态的影响,在其参数化方案中考虑波龄的作用后,在高风速、低波龄区,波浪作用使海气界面上的动量和热量通量显著增加;波浪通过参与海气界面上的动力和热力作用影响低层大气运动,低波龄条件下,波浪作用使大气运动减弱,高波龄条件下,波浪作用较小;区域海－气耦合模式对海表粗糙度参数化方案较敏感,不同的参数化方案对台风路径影响不大,对台风强度影响显著,从本文的个例来看,采用Smith92和Liu07方案的模拟结果更接近实测值。本文的研究结果为更合理的参数化海气界面的物理过程,提高耦合模式的模拟准确率提供了一定的参考。     

平均波周期参数化方案及在SWAN模式中的应用

基于NDBC浮标观测数据,利用波龄与无因次波高的关系构建新的平均波周期参数化方案。将该方案集成在SWAN模式中,利用模式得到的有效波高、海面风速,计算新的平均波周期。将计算出的新平均波周期值、SWAN模式原周期计算方案得到的平均波周期值与浮标观测值进行对比,分析平均波周期的相对误差。结果表明,SWAN模式原周期计算方案模拟的周期值存在偏小的现象,而新的平均波周期参数化方案计算结果更接近浮标观测值,说明本文新构建的平均波周期参数化方案能够较好的应用在SWAN模式中开展东海海域平均波周期的数值模拟。     

基于HUST-Ship的船舶耐波性数值试验水池参数化建模方法研究

基于自研的HUST-Ship黏性流CFD求解器,提出了一种船舶耐波性数值试验水池参数化建模方法和网格生成技术。在自研的CFD软件平台中,根据波浪参数(规则波的波长、波高和不规则波的特征周期、有效波高)自动生成船舶耐波性数值试验水池。以结构化重叠网格技术为基础,分别对船舶与水池进行网格划分并进行网格的组装、重叠,实现船舶在耐波性数值试验水池中的数值“试验”,对船舶耐波性进行数值预报。根据波浪种类分为规则波数值试验水池与不规则波数值试验水池,可对各类波浪条件实现精确可靠的数值造波,模拟船舶在各种波浪环境中运动响应、耐波性事件与非线性运动特性。采用参数化建模方法生成的耐波性数值试验水池能够提高建模和网格生成效率,通过对国际标模进行数值预报并与船模试验结果对比,验证了参数化建模方法生成的耐波性数值试验水池对船舶在波浪中运动性能的计算精度。     

同化海温观测数据研究波浪破碎对海洋上层结构的影响

首先利用考虑波浪破碎效应的Mellor-Yamada 2.5阶湍流闭合方案,探讨了海表温度(SST)对波能因子α和Charnock数β的敏感性问题。然后采用变分数据同化途径,基于Papa海洋天气站(OWS Papa Station)的上层温度观测数据,对该参数化方案中的波能因子α和Charnock数β两个参数进行了最优估计。最优估计的结果表明,当α约为167、β约为4.1×105时,价值函数达到最小值。利用上述参数的最优估计进行海温的数值模拟,可以较好地反映出海表温度的日变化和月变化过程,模拟的上混合层的温度和深度也与观测较为一致。最后利用以上参数的最优估计结果对湍动能方程进行诊断计算,研究了波浪破碎对海洋上层湍能量收支的影响。     

浅水波波高和周期的联合分布

用实验室资料研究变浅引起民的波高和周期联合分布的变化，资料取自两种海滩，实验资料与Ｌｏｎｇｕｅｔ－Ｈｉｇｇｉｎｓ提出的波主和周期的理论分布做了比较，对于ｄ／Ｌ〉０．１的非波碎波，观测和预报所和的分布形态吻合相当好，但由于Ｌｏｎｇｎｅｔ－Ｈｉｇｇｉｎｓ给出的预报的联合分布与预测的分布有位移，因此，提出了对观测位移的一种参数化法。另外还给出了谱宽度参数随汪水区域变化的一种参数化法。     

基于TerraSAR-X卫星数据的内孤立波参数和海表流速信息提取的探索研究

本文利用TerraSAR-X(TSX)卫星于2010年4月22日在南海东沙岛附近海域获取的数据进行海洋内孤立波动力要素和海表流速信息的提取研究。基于TSX数据的后向散射强度信息,利用经验模态分解法得到内孤立波半波宽度,再利用两层模型法和参数化法计算得到内孤立波振幅和相速度。反演结果显示,利用参数化方法得到的振幅(约21~39 m)和两层模型法得到的相速度(约1.07 m/s)与历史实测资料较为一致。进而利用TSX的顺轨干涉数据获取研究海域内的多普勒速度,再分别采用M4S模型法和直接分离法处理,进而提取海表流速。结果显示,两种方法得到的海表流速的全场平均值较为一致,均为1.10 m/s左右。M4S模型法对流速最大值的改变量较大而直接分离法对流速最小值的改变量较大。M4S模型对内孤立波波峰线区域海表流速的修正大于无内孤立波的海域。最后,基于KdV方程计算得到内孤立波引起的表面流的流速约为0.28 m/s,对反演出的海表流速贡献占比23%。     

风浪状态对海面粗糙度影响

风浪状态参数常用于对海面粗糙度的参数化。中等风速条件下考虑风浪状态参数影响的海面粗糙度参数化方案常存在自相关效应,本文通过分析实测数据得到了无量纲粗糙度随波陡变化的参数化方案,该方案能够有效去除自相关效应;高风速下风浪状态对海面粗糙度仍存在影响,文中基于新得出的中等风速下的海面粗糙度参数化方案,考虑海面飞沫悬浮层的影响,建立了适用于高风速条件下的海面粗糙度参数化方案,该海面粗糙度方案同样考虑了波陡的作用,将该方案计算出的理论值与实测数据进行比对,发现随着波陡的变化,理论值基本涉及测量值的覆盖范围,说明新建立的高风速条件下海面粗糙度方案对海面风浪状态具有较好的敏感性,且该方案能够较合理地描述海气界面之间动量传输。将新提出的适用于高风速下的海面粗糙度方案加入到海浪数值模式中,模拟飓风Ivan产生的台风浪,利用浮标数据进行验证,结果显示模拟的有效波高相对模式默认方案具有较高的精度,说明采用本文新建立的适合高风速的海面粗糙度方案能够改进海浪模式的台风浪有效波高模拟结果。     

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.     

通过对重力波曳力的参数化来减小数值天气预报和大气环流模式中的系统性误差

一、引 言 由于地形性激发的中尺度重力波的中断,在加拿大气候中心大气环流谱模式中有时候采用了波的曳力效应的参数化。这一参数化的细节以及它在大气环流模式气候模拟中影响的讨论,可见Boer等人(1985)的工作。 最近,人们利用激发重力波次尺度地形的更好的描绘,来修改这一参数化方案。还有,使用Lindzen(1981)的波饱和概念来描述曳力效应。这一关于地形重力波曳力参数化的作法已在加拿大气候中心的大气环流谱模式中广泛试验,在加拿大气象中心的业务的谱数值预报模式中也正在普遍进行试验。本文的目的所在于概述在这些模式中正在普遍使用的波的曳力方案,并且证明这一方案在消除中期预报和大气环流模拟的系统性误差方面的用处。     

调频式不规则波造波系统

本文叙述了利用现有各类规则波造波机产生不规则波的简易方法。不规则的波模拟是通过模拟波谱来实现的。文中叙述了模拟波谱的基本原理。作为不规则电压信号的输入装置,先后采用了四种系统:即1、单机头发报机与继电器组系统;2、微处理机作为控制系统;3、单板计算机系统;4、磁带记录器系统。文中对模拟所得的不规则波作了谱分析及统计分析,并与靶谱作了比较。最后还对各系统的经济效益作了讨论。     

一种基于DNS和第七层交换的CDN实现方案

在骨干网络宽带日益吃紧的背景下,如何将内容更加快速高效地传递到用户终端成为网络改造升级的关键性技术。内容分送网络(CDN),包括内容路由和内容交换两大模块,可以利用有效的网络资源,将内容分发到分布式的服务器集群,使用户与内容距离“更近”。本文阐述了1种Linux平台下的内容分送网络实现方案,构建了基于DNS的内容路由以及第七层的内容交换的系统框架,并且进行了内容路由和内容交换的技术融合。实验结果表明,通过DNS重定向,用户可以从就近的服务节点获取内容,缩短了等待时间。内容分送技术作为下一代网络的核心技术,必然会得到越来越广泛的关注和应用。     

开孔沉箱式结构内部波浪冲击压力试验研究

为研究在不同比尺模型下,透空式海洋结构中开孔沉箱内部受力与入射波浪的关系及差异,针对简化的上部开孔箱体海洋结构,选取两组不同尺寸模型进行了多组规则波物理模型试验。首先采用低通滤波方法分析了冲击力的不同组分,然后对比了两组模型内部所受冲击力的分布及波要素与箱体内部受力的关系。研究发现,波面对开口的淹没程度是影响冲击过程的主要因素;当模型尺寸发生变化时,开孔箱体内部所受波浪力与入射波要素的关系也发生了变化。     

Experimental Investigation on the Extreme Waves Induced by Single Wave Packets in Finite Water Depth

Single Gaussian wave groups with different initial wave steepness ε_0 and width N are produced in laboratory in finite depth to study the nonlinear evolution, the extreme events and breaking. The results show that wave groups with larger ε_0 will evolve to be several envelope solitons(short wave groups). By analyzing geometric parameters, a break in the evolution of the wave elevation and asymmetric parameters after extreme wave may be an indicator for the inception of refocus and the maximal wave moving to the middle, namely, wave down-shift occurs. The analysis of the surface elevations with HHT(Hilbert-Huang Transform), which presents the concrete local variation of energy in time and frequency can be exhibited clearly, reveals that the higher frequency components play a major role in forming the extreme event and the contribution to the nonlinearity. Instantaneous energy and frequency in the vicinity of the extreme wave are also examined locally. For spilling breakers, the energy residing in the whole wave front dissipates much more due to breaking, while the energy in the rear of wave crest loses little, and the intra-wave frequency modulation increases as focus. It illustrates that the maximal first order instantaneous frequency f_1 and the largest crest tend to emerge at the same time after extreme wave when significant energy dissipation happens, and vice versa. In addition, it shows that there is no obvious relation of the CDN(combined degree of nonlinearity) to the wave breaking for the single Gaussian wave group in finite water depth.     

Steepness and spectrum of a nonlinearly deformed wave on shallow waters

The process of nonlinear deformation of a surface wave on shallow waters is investigated. The main attention is given to the relationship between the wave Fourier spectrum and the steepness of wave front slope. It is shown that an unambiguous relationship couples these quantities in the case of an initially sinusoidal wave, which allows estimation of the spectral composition of the wave field from the observed wave steepness.     

江苏近海地层原位剪切波速相关特性及预测方法研究

剪切波速测试是原位勘测常用且有效的技术之一,其测试成果可用于分析场地土层动力学特性。海洋地层测试条件恶劣,在某些情况下对剪切波速的预测分析尤为重要。为了研究海洋地层精确的剪切波速预测方法,结合江苏近海及潮间带的剪切波速原位测试成果,总结和对比分析了剪切波速预测方法,评判了剪切波速的变化特性和与土体物理力学指标的统计关系。基于广义回归神经网络(GRNN)方法,通过剪切波速与土体各参数的统计关系,建立了剪切波速与土体各物理力学指标的非线性映射关系,进行了剪切波速的预测分析,得到了较好的预测结果。     

韦帕台风对连云港典型水域波能损耗及悬沙含沙量影响研究

旨在建立淤泥质海岸条件下波能功率沿程损耗和水体悬沙垂向悬浮功率之间的时间对应关系。通过韦帕台风时期连云港波浪数学模型,求解了测点处波能功率沿程损耗的变化过程。结合实测资料进行分析后认为,该过程与波高过程存在相位差,同时与实测水体悬沙含沙量变化过程对应关系较好。结合以往研究成果,说明利用波能功率衰减变化推求淤泥质海岸风天条件下的水体含沙量变化可以同时满足空间和时间上对应关系。还分析了底部摩阻损耗与底部含沙量之间的对应关系,两者在时空分布上也较为吻合。通过韦帕台风实测资料和数学模型结果,推求出波能功率沿程损耗与悬沙垂向悬浮功率之间的转化因子为0.3。     

Quantification of nearshore morphology based on video imaging

The Argus network is a series of video cameras with aerial views of beaches around the world. Intensity contrasts in time exposure images reveal areas of preferential breaking, which are closely tied to underlying bed morphology. This relationship was further investigated, including the effect of tidal elevation and wave height on the presence of wave breaking and its cross-shore position over sand bars. Computerized methods of objectively extracting shoreline and sand bar locations were developed, allowing the vast quantity of data generated by Argus to be more effectively examined. Once features were identified in the images, daily alongshore mean values were taken to create time series of shoreline and sand bar location, which were analyzed for annual cycles and cross-correlated with wave data to investigate environmental forcing and response.These data extraction techniques were applied to images from four of the Argus camera sites. A relationship between wave height and shoreline location was found in which increased wave heights resulted in more landward shoreline positions; given the short lag times over which this correlation was significant, and that the strong annual signal in wave height was not replicated in the shoreline time series, it is likely that this relationship is a result of set-up during periods of large waves. Wave height was also found to have an effect on sand bar location, whereby an increase in wave height resulted in offshore bar migration. This correlation was significant over much longer time lags than the relationship between wave height and shoreline location, and a strong annual signal was found in the location of almost all observed bars, indicating that the sand bars are migrating with changes in wave height. In the case of the site with multiple sand bars, the offshore bars responded more significantly to changes in wave height, whereas the innermost bar seemed to be shielded from incident wave energy by breaking over the other bars. A relationship was also found between a site's mean wave height and inner sand bar location; sites with the highest wave heights tended to have sand bars farther from shore than those with relatively low wave heights.     

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。     

南麂海域大浪与大风的分布关系

本文根据南麂海洋站１９８３～１９８９年实测风和浪的资料，分析了大风和大浪的关系。结果表明：大浪日、大风日各月出现次数不匀。风浪大浪日及涌浪大浪日出现比率分别占５６％和４４％。各向大浪波高均值变化幅度不大。各向大浪波高极值却有较大差异。风浪Ｈ１／１０波高为１．５～２．０ｍ、当风速为１１～１３ｍ／ｓ时，大浪出现频率最高。本文还给出了波龄较大的风浪大浪波高与大风风速的经验关系。基于不同类型的台风路径，得到了本区从Ｈ１／１０波高为１．５ｍ以上时台风中心的位置。利用此结果可以预报本区大浪出现的时间。     

广东阳西近岸海域波浪的分布特征

通过对广东阳西近岸测站1a实测波浪资料及岸边同期风资料的整理与分析,探讨了该海域的波浪特性,得出研究海域不分方向H1/10年平均值为1.00 m,常浪向为SE向,出现的频率为38.35%,强浪向为SE向,观测期间的最大波高出现在0814号"黑格比"台风期间,Hmax值为8.31 m.用已有的理论分布函数对实测统计数据进行拟合,筛选出研究海域的波高分布、周期分布及波高与周期联合分布的特征,结果表明双参数威布尔理论波高分布、杨正己威布尔周期分布、朗格-赫金斯83模式或者孙孚模式较为适用于本海区的波高分布、周期分布、波高周期联合分布;结合相应的风速风向资料,运用回归分析方法,建立了该地区的波高与风速之间、波高与波周期之间的关系.