分潮波模型多资料数值计算方法研究 Ⅱ.有限差分最小二乘方法

对含多资料的分潮波模型的超定问题进行探讨，建立一种有限差分—最小二乘方法，该方法使得岸边资料直接进入了计算方程，并保证岸界法向流速为零条件。通过对渤海的四大分潮的试算，证实本方法可行。     

Numerical Study on Instantaneous Discharge of Unsorted Particle Cloud in Cross Flow

The mixing characteristics of particles such as dredged sediment of variable size discharged into cross flow are studied by a 3D numerical model, which is developed to model the particle-fluid two-phase flow. The Eulerian method with the modified k-ε parameterization of turbulence for the fluid phase is used to solve fluid phase, while a Lagrangian method for the solid phase (particles), both the processes are coupled through the momentum sources. In the model the wake turbulence induced by particles has been included as additional source term in the k-ε model; and the variable drift velocities of the particles are treated efficiently by the Lagrangian method in which the particles are tracked explicitly and the diffusion process is approximated by a random walk model. The hydrodynamic behavior of dumping a cloud of particles is governed by the total buoyancy of the cloud, the drag force on each particle and the velocity of cross-flow. The computed results show a roughly linear relationship between the displacement of the frontal position and the longitudinal width of the particle cloud. The particle size in the cloud and the velocity of cross flow dominate the flow behavior. The computed results are compared with the results of laboratory experiments and satisfactory agreement is obtained.     

台风Haitang(0505)登陆过程地形影响的数值模拟试验

以2005年严重影响我国的登陆台风Haitang为研究对象,在用MM5模式成功模拟台风登陆前后路径、强度、降水以及结构特征的基础上,通过地形敏感性试验,分析了地形对台风的影响及其机理。结果表明:台风在经过台湾及其后在福建登陆期间的异常路径是地形诱生低压发生发展的结果;在降水强度上东部沿海特殊地形对台风北侧东南气流的辐合抬升使得暴雨增幅度1倍以上;地形对台风强度也有一定影响,约为4～5hPa。通过对有无地形影响时台风结构的比较发现地形影响主要在低层,使得高度场分裂两个中心,低层台风主体受山脉阻挡在位置上落后于高层。分析还发现台风登陆前夕移动方向西侧相当位温向西倾斜也可能与地形有关。     

黄、东海环流的数值研究Ⅲ——正压环流的数值模拟

依据黄、东海环流的的动力学模型 ,运用“流速分解法”对黄、东海正压环流进行了数值模拟。计算结果表明冬季黄海正压环流主要受风应力影响 ,基本形态为黄海暖流由济州岛西南进入南黄海中部 ,其东西两侧分别为两支向南流动的沿岸流 ;夏季主要受到潮致体力的影响 ,为一逆时针涡旋。东海环流主要是边界力作用驱动的结果 ,东海黑潮、台湾暖流和对马暖流较稳定。冬季风应力对东海环流表层流场有消弱作用 ,在夏季则有一定增强作用。     

New Numerical Scheme for Simulation of Hyperbolic Mild-Slope Equation

The original hyperbolic mild-slope equation can effectively take into account the combined effects of wave shoaling, refraction, diffraction and reflection, but does not consider the nonlinear effect of waves, and the existing numerical schemes for it show some deficiencies. Based on the original hyperbolic mild-slope equation, a nonlinear dispersion relation is introduced in present paper to effectively take the nonlinear effect of waves into account and a new numerical scheme is proposed. The weakly nonlinear dispersion relation and the improved numerical scheme are applied to the simulation of wave transformation over an elliptic shoal. Numerical tests show that the improvement of the numerical scheme makes efficient the solution to the hyperbolic mild-slope equation. A comparison of numerical results with experimental data indicates that the results obtained by use of the new scheme are satisfactory.     

闽江河口潮流数值模拟

应用边界拟合坐标系统，解决了闽江河口河道曲折汊道多造成的计算方向与河底走向交角过大的难点；针对闽江河口长宽比相差较大的特点，移植了通常用于河道计算的沿纵向求解大尺度矩阵问题转化为沿横向小尺度矩阵求逆的水流方程求解方法，采用全隐差分格式，使闽江口数模网格步长最小控制在50m左右，时步长达3min，潮位、流场与实测拟合良好。     

Numerical Simulation of Multi-Directional Random Seas

Multi-directional irregular waves are simulated on the basis of the given directional spectrum using a double summation model, a single direction per frequency model and a single summation model. Their results are compared. It is shown that the single direction per frequency model proposed in this paper can generate a realistic wave field. The effects of the model parameters on the simulated results are also studied in this paper and corresponding suggestions are given.     

东中国海环流及其季节变化的数值模拟

关于东中国海环流的研究，国内外学者已做了大量的工作。早期科学家们主要依赖于对温盐资料和少数测流资料的分析研究对渤、黄、东海的环流结构有了较系统和深入的认识。东中国海环流是由一个气旋式的“流涡”组成，东侧主要是北上的黑潮-对马暖流-黄海暖流及其延伸部分；西侧为南下的沿岸流系。黑潮对东中国海环流的影响是如此之大，以致于除了某些局部区域外，上述海域主要流系的冬、夏季分布形式比较相似而无本质上的差异(胡敦欣等，1993)。但本文所研究海域正处于世界上最显著的季风区，冬、夏季盛行风向基本相反，过渡季节(春、秋季)风向多变，风力减弱；海洋热盐结构季节变化明显(如冬季混合强，而夏季层化明显等)，这些因素都使得东中国海环流存在着较明显的季节变化。 自20世纪80年代以来，东中国海环流的数值模拟工作逐步展开，并已成为研究环流结构及其形成机制的强有力工具。但由于数值模式本身以及计算方案的缺陷(如有些学者用固定的风场、温盐场对东中国海环流进行诊断模拟等)和观测资料的不足，数值模拟的结果难以得到验证，渤、黄、东海的环流研究中仍有大量的问题存在争议，以待澄清。例如，台湾暖流的来源、流径;对马暖流的来源;夏季黄海暖流的流径以及黄海冷水团环流等均有不同的论述。对黄、东海环流季节变化的数值模拟工作也较少，多用冬、夏典型月份的风场强迫积分至稳定态，给出冬、夏季环流，这种做法值得商榷。三维环流模式很难在1个月内达到稳定态，尤其是夏季层化明显、风力减弱的情况下，非常定风场的影响更应引起人们的重视。 本文采用比较符合实际的计算方案，用年循环风场和海面热通量场为外强迫，对渤、黄、东海的环流及其季节变化进行了模拟，并对一些争议问题进行了探讨。     

渤海夏季底层环流的观测与模拟

通过分析用人工水母在渤海夏季进行的首次底层环流的 L agrange观测 ,发现在渤海底层 Lagrange余流只有几 cm/s,在海峡处基本是北进南出的情况 ,在辽东湾有 1个逆时针的环流 ,在渤海湾有 1个顺时针的环流。但是进一步分析发现 ,底层人工水母的运移 (代表了物质输运 )并不完全反映环流的方向 ,在有些站位甚至出现相反的趋势。通过数值模拟知道瞬时的扩散及沉降等过程是产生这种结果的原因 ,而根源在于环流场的不均匀性。     

南海罗斯贝变形半径的地理及季节变化

根据南海 1°× 1°网格的标准层季节平均温、盐度资料 ,在未引入Boussinesq近似条件下 ,采用改进的Thompson Haskell算法求解线性化斜压海洋水平大尺度波的垂直结构方程 (重力内波方程 ) ,从而得到了南海各网格点的第一斜压重力波相速度和相应的罗斯贝变形半径 ,并探讨其地理分布和季节变化特征 ,以期有助于南海环流和中尺度涡旋以及有关海洋侧边界效应的研究。