台风“海马”对吕宋海峡附近暖涡的影响及其动力机制

台风和海洋涡旋相互作用,对台风路径和强度的预报和预警具有重要的意义。本文根据2016年第22号超强台风"海马"登陆前后在吕宋海峡附近海域的水文要素现场观测,结合卫星遥感资料,分析了台风过境前后位于吕宋海峡北部的中尺度暖涡内海洋物理要素的分布及其对台风的响应特征。结果表明,处于台风边缘的暖涡并没有因为台风过境产生的强冷抽吸作用而被削弱;反而因台风边缘产生的较强的负风应力旋度异常,导致此区域上层暖海水辐聚下沉、混合层厚度增加,从而增强了该暖涡。台风过境前后,暖涡内热含量的变化也证实了该涡旋的增强。而离台风中心较近的暖涡,则受到强的正风应力旋度产生的冷抽吸作用而被削弱。此次观测研究丰富了台风和涡旋的相互作用物理机制探索,为台风预测预警提供了现场观测数据支持。     

海底边界层溶解氧通量原位观测技术方法研究

海底边界层是溶质和悬浮颗粒物在海床与水体间交换的重要场所,也是沉积物质的主要成岩作用区,对海洋、湖泊有着重要的生物、化学、地质学意义。底栖溶解氧消耗速率是评估早期碳矿化作用的重要指示剂,也是研究元素循环周转的重要指标。溶解氧通量原位监测技术是获取底栖溶解氧消耗速率、了解化学物质输运机制,进而研究底栖生态系统、环境污染影响、生物地球化学进程的重要手段。针对传统溶解氧观测方法在效率和准确度上的局限性,介绍了目前底边界层原位氧通量测量技术的发展现状,对包括底栖培养室、微电极剖面、涡动相关技术和平面光极系统在内的观测特点进行了对比分析,讨论了各自的不足与局限,提出了今后需要关注的改进方向。     

深海内波空间啁啾的演变研究

根据基于两层流体推导的深海内波弱非线性薛定谔(Nonlinear Schrodinger,简称NLS)方程,引进空间啁啾的思想,研究深海区频散效应和非线性效应的作用。文中推导出了频散效应和非线性效应所致啁啾的表达式,采用数值计算方法计算了综合效应产生的总啁啾。分析了频散和非线性以及综合效应所致啁啾在深海内波传播中的演变规律。从空间啁啾的角度,解释中国南海东沙群岛附近深海区内波演变的机理。     

不同节点布置下二维涡激振动的无单元法参数化分析

尝试建立1种基于无单元法的涡激振动数值模拟算法,并给出适用于涡激振动分析的前处理自动布点方法.基于无单元法理论,使用动最小二乘法构造形函数,利用无单元伽辽金法,采用速度和压力分离模式,及手工布点和自动布点2种方法所得出的节点布置形式,对流场控制方程进行空间离散,模拟二维涡激振动的流场形态,并对VIV相关参数进行分析,计算不同节点布置情况下的升力系数(Cl)、曳力系数(Cd)及斯特罗哈数(St),并与物理模型实验结果进行对比.计算结果表明,无单元伽辽金法应用于立管VIV分析是可行的,且文中采用2种布点方法均能较好的模拟流场中泻涡脱落的形态,计算结果与传统方法和物理模型实验结果吻合良好.证明文中2种布点方法都能用于固定圆柱的二维VIV分析,但自动布点法能够更好地适用于复杂问题的计算及圆柱体在流场中的VIV动力响应分析.     

甲烷流体活动与沉积物中碳、氮同位素组成响应——南海东北部海洋IV号地区研究

南海东沙群岛东北部海洋IV号地区GC16站重力柱状沉积物中的有机碳、总氮,以及自生碳酸盐岩矿物的无机碳同位素组成分析结果表明,甲烷流体活动区硫酸盐甲烷转换带(SMTZ—sulfate methane transition zone)是重要的生物地球化学界面,该带内沉积物中有机碳、氮与无机碳同位素组成变化明显。GC16站SMTZ上界面以下的沉积物中有机碳、氮同位素组成分别比其上的沉积物负偏1.4‰PDB和0.93‰,反映该带内甲烷缺氧氧化作用(AOM—anaerobic oxidation of methane)与氨氧化作用发育。无机碳同位素组成表明SMTZ界面之下沉积物中的自生碳酸盐岩矿物为以微生物为媒介的甲烷驱动成因,地质历史时期(至柱状沉积物底部沉积时期)曾发生过2次较强烈的CH₄流体活动;目前该区甲烷流体活动较弱,甲烷流体影响深度与SMTZ上界面一致,未能到达海底。     

A Bingham-plastic model for fluid mud transport under waves and currents

Simplified equations of fluid mud motion, which is described as Bingham-Plastic model under waves and currents, are presented by order analysis. The simplified equations are non-linear ordinary differential equations which are solved by hybrid numerical-analytical technique. As the computational cost is very low, the effects of wave current parameters and fluid mud properties on the transportation velocity of the fluid mud are studied systematically. It is found that the fluid mud can move toward one direction even if the shear stress acting on the fluid mud bed is much smaller than the fluid mud yield stress under the condition of wave and current coexistence. Experiments of the fluid mud motion under current with fluctuation water surface are carried out. The fluid mud transportation velocity predicted by the presented mathematical model can roughly match that measured in experiments.     

A statistical analysis of mesoscale eddies in the Bay of Bengal from 22–year altimetry data

本文使用一种基于SLA数据的涡旋识别方法,通过22年的AVISO高度计测高数据对孟加拉湾的中尺度涡特征进行了研究。本文主要分析了孟加拉湾涡旋的地理分布、涡旋极性、涡旋生命周期和传播距离、涡旋产生和消失位置、涡旋传播方向和移动轨迹、涡旋运动特征、涡旋属性的演化以及涡旋活动的季节和年际变化等特性。涡旋主要分布在孟加拉湾西部海域,并且大部分涡旋向西移动。涡旋极性分布显示气旋涡更经常出现在湾的西北部和南部,而反气旋涡主要出现在湾的东部。在22年间,共追踪探测到生命周期超过30天的气旋涡565个、反气旋涡389个;对所有生命周期和传播距离而言都是气旋涡数量居多。所有观测到的涡旋的运动属性分析显示气旋涡的涡旋平均振幅大于反气旋涡;对平均半径和平均移动速度而言,气旋涡和反气旋涡相差不大。而且,涡旋属性演化显示生命周期超过90天的涡旋具有明显的双阶段演化特征,包括一个前50天的涡旋成长阶段和一个50天之后的涡旋消亡阶段。针对涡旋活动的季节变化,气旋涡在春季居多而反气旋涡在夏季较多;长生命周期的涡旋季节分布显示在孟加拉湾涡旋活动具有明显的季节分布特征。涡旋数量的年际变化与EKE变化有一个明显的负相关。     

南大洋太平洋扇区中尺度涡旋的统计特性及其变化

中尺度涡旋在南大洋海洋动力学中具有重要地位,其对气候变化的响应表现也引起了海洋学家与气候学家的广泛关注。本文利用涡动动能与涡旋自动探测技术两种方法对南大洋太平洋扇区的涡旋特性及其变化进行了分析。与前人结果相一致的是,高值的涡动动能主要集中在南极极锋海区,并且自西向东逐渐减弱。在过去的20年里,涡动动能在太平洋扇区的显著增强也集中在中西部海域,这里也是南极绕极流斜压性较强的海域。涡旋统计特性揭示了涡动动能的空间分布及其年际变化主要归因于涡旋振幅与旋转速度,而并非涡旋个数或者涡旋半径。这些结果进一步确认了对应于南半球环状模正位相的绕极西风异常改变了南大洋的涡旋特性,从而表现出涡旋活跃性增强。     

垂荡式波浪能装置运动模型数值分析

垂荡式波浪能装置在海洋可再生能源开发中被广泛应用,通过浮子与摇杆在垂荡方向的相对运动吸收波浪能。在以往相关的运动预报数值分析中,通常基于微幅波假设,仅考虑浮子与摇杆在垂荡方向的运动,忽略摇杆其他自由度运动。建立并求解了垂荡式波浪能装置的非线性联合运动方程组,分析垂荡式波浪能装置的波浪载荷、浮子与平台连接处的受力情况。数值计算系统的运动响应,并将计算结果与已有的试验数据进行比较验证,结果表明数值模拟的垂荡式波能装置的运动响应与试验结果相符合。最后,应用本计算方法分析PTO(power take-off)参数对波能装置发电性能的影响。     

海表地转流差商计算试验分析

基于卫星高度计海面异常高度资料反演的海表地转流场在海洋学研究中应用广泛。针对Arbic等(2012)提出的海表地转流差商计算改进算法,以南海为试验海区,通过涡动能和中尺度涡自动识别计算试验对差商改进方法进行有效性检验。结果表明,七点中差法计算的海表地转流场比其他常用差商方法更利于中尺度涡旋外边界确定,得出的涡动能分布规律和数值大小也更符合实际。