东中国海秋季三维环流诊断计算分析

基于2000年秋季东中国海水文观测资料,应用三维有限元模式FEOM(Finite Element Ocean circulation Model),在温盐保持不变的情况下进行诊断计算100 d,模拟结果再现了环流的主要特征:由于海表面风的影响,秋季东中国海表层的环流以西南向流为主,在10m深以下由于风的影响减弱环流特征比较清晰完整。黄海北部出现一个气旋式涡旋,10m层流速大小为5 cm/s左右;浙闽沿岸流从表层到50～60m深都是存在的,流速基本不变;台湾暖流在10m层流速较大,且向陆架方向入侵明显,但是越向下越不明显,流速也有所减小。诊断计算60d后的后报计算结果显示,松弛尺度为5d可以更好地消除资料的不匹配。因此最终在诊断计算60d后开展了松弛时间为5d的40d的强诊断计算,强诊断模拟结果显示:强诊断计算能更好的模拟东中国海环流结构,相较于诊断计算,表层流速有所减弱,10 m层流速有所加强,各层流向强诊断计算和诊断计算基本一致。     

2012年大规模米氏凯伦藻赤潮前后年份春季福建沿海温盐及环流结构对比

近岸海域营养物质普遍充足，因此水文气象过程往往成为赤潮暴发最重要的控制因素。基于福建海洋预报台提供的模式数据，通过对比分析2011-2013年3-5月福建近岸的温度、盐度、环流和上升流结构，阐述了2012年春季福建近岸米氏凯伦藻赤潮暴发的特殊水文结构特征，并通过经验正交函数（empirical orthogonal function，EOF）分析方法探讨了此次赤潮暴发的主要水文原因。结果表明：（1）与其他年份相比，2012年3月福建近岸浙闽沿岸流偏强，海温偏低，不利于东海原甲藻的生长。（2）3月下旬福建近岸温度较其他年份升高迅速，与台湾暖流强度变化有关。（3）3月底-5月18日赤潮暴发前，福建近岸海域整体偏暖，持续的东北风带来稳定的水体向岸流动，水平和垂向上各项要素变化较弱，为米氏凯伦藻赤潮暴发提供了稳定、适宜的环境条件。（4）5月18日赤潮暴发后一周内，赤潮优势种由东海原甲藻转变为米氏凯伦藻以及米氏凯伦藻赤潮整体稍向东迁移的过程，与近岸水温上升至24℃，且东北风转为西南风引起较弱的水体离岸流动有一定关联性。     

象山港内三维动边界潮流的数值模拟

象山港是一具有广阔潮滩和大潮差区域的半封闭型海湾,进行数值模拟时必须引入动边界技术来考虑露漫滩的影响.在二维模式中引入动边界技术相对成熟一些,而将这些二维模式使用的露漫滩处理方法简单地搬入三维模式中,常遇到由于边界不连续变动而产生的数值"噪音"及计算不稳定现象.原始POM(Princeton ocean model)模型采用固定边界,没有使用动边界技术,故无法模拟漫滩流.借鉴BURCHARD et al 2004年的研究工作,在原始POM模型的基础上,突破其为固定边界模式的局限,基于尽量使模式物理上满足流动简化需要的原则,引入了一种较为自然的动边界处理技术,使得在非常浅水处和复杂的地形情况下,应用合理的数学表达式体现该物理过程.当总水深大于设定的临界水深时,体现的数学方程是通常形式的动量方程;而当总水深接近设定的最小允许水深时,模型的动量方程被简化为变化率、摩擦力和正压梯度等项之间的平衡关系,此时由于摩擦力占优,相应的流速也会趋于0,这样可以有效避免计算中出现负水深.除在非常浅水处对动量方程作简化外,对于陡坡地形附近的露漫滩问题,当发生一个网格点上的水位低于相邻格点海床的现象时,还需对正压梯度的求解作一个简单的数值处理,以避免不合理值的出现.此外,通过修改原始POM模型的底摩擦系数表达式,可使模型在模拟露漫滩过程时计算更加稳定.改进后的POM模型被用来模拟象山港海域内的三维潮流场,模型计算结果与2个潮位站、1个锚系站和2个船测连续站资料进行了比较,符合良好.整个模型很好地再现了象山港内大区域三维涨、落潮流特征和变化规律,同时象山港顶区域涨憩、落急、落憩和涨急4个特征时刻的流场水平和垂直分布变化过程反映该模型能很好地反映涨、落潮造成的潮间带的露漫滩过程,由此说明对原始POM模型所作的修改是十分有效和可行的,有利于进一步扩充POM模型的应用范围.     

Optimal Design of Equivalent Water Depth Truncated Mooring System Based on Baton Pattern Simulated Annealing Algorithm简

The highest similarity degree of static characteristics including both horizontal and vertical restoring force-displacement characteristics of total mooring system, as well as the tension-displacement characteristics of the representative single mooring line between the truncated and full depth system are obtained by annealing simulation algorithm for hybrid discrete variables （ASFHDV, in short）. A“baton” optimization approach is proposed by utilizing ASFHDV. After each baton of optimization, if a few dimensional variables reach the upper or lower limit, the boundary of certain dimensional variables shall be expanded. In consideration of the experimental requirements, the length of the upper mooring line should not be smaller than 8 m, and the diameter of the anchor chain on the bottom should be larger than 0.03 m. A 100000 t turret mooring FPSO in the water depth of 304 m, with the truncated water depth being 76 m, is taken as an example of equivalent water depth truncated mooring system optimal design and calculation, and is performed to obtain the conformation parameters of the truncated mooring system. The numerical results indicate that the present truncated mooring system design is successful and effective.     

黄海潮波系统下的GOCI反演及OSU模式海表流场数据适用性研究

黄海呈现独有的地形条件,且该海域的潮波运动独具特征。本文利用静止海洋水色成像仪（Geostationary Ocean Color Imager,GOCI）遥感反演和俄勒冈州立大学（Oregon State University,OSU）潮流模式分别获取了黄海海域的海表流场,基于该海域独特的潮波系统提出并识别潮波干涉区,进而对GOCI反演的流场做潮流提取,并对两种潮流数据作分区可用性评价,通过实测的漂流浮标数据验证评估。结果表明:利用GOCI反演和OSU潮流模式获取的海表流场具有一定程度的可靠性,GOCI反演的海表流场的流速平均相对大小误差值为0.77,OSU潮流模式获取的海表流场流速平均相对大小误差值为0.49;在靠近潮波干涉区的黄海中部海域,GOCI潮流数据与实测数据在方向上的一致性要优于OSU潮流数据,两者平均角度误差值分别为48.45°和63.10°;在远离潮波干涉区的黄海近岸海域,OSU潮流数据与实测数据在速度大小和方向上的一致性要优于GOCI潮流数据。     

2012年福建沿海大规模米氏凯伦藻赤潮暴发的水文气象原因探讨

本文利用ERA-Interim资料集、HYCOM全球再分析资料以及沿海各站点数据,通过分析比较2005、2011和2012年福建沿海春季(3—5月)气温、水温、风场、流场和降雨数据,探讨了2012年春季水文、气象要素的年际变化特征及其与米氏凯伦藻暴发的关系。结果表明:2012年春季暴发的大规模米氏凯伦藻赤潮极可能与初春水温偏低,晚春水温偏高,后期海水迅速升温有关:初春(3月)沿海水温偏低,抑制了东海原甲藻的前期孕育;晚春(5月)水温偏高,有利于各种藻类,特别是偏暖暴发的米氏凯伦藻的生长;3—5月海水过快的升温过程,使得米氏凯伦藻成为优势藻种。相对于气候态平均而言,2012年5月呈强北风特性,水体向岸堆积作用明显,有利于藻类在近岸的堆积聚集和种群密度的提高,为藻类的生长提供了稳定的动力环境,促进了赤潮的暴发。此外,2012年1—4月的大降雨量可能为米氏凯伦藻的生长提供了良好的生物化学环境。     

围垦对舟山群岛海域潮流结构及潮能分布影响研究

舟山群岛海域潮能丰富,近年来大面积的围垦工程影响了邻近海域的潮流结构与潮能分布特征。基于FVCOM(finite volume coastal ocean model)三维水动力数值模型,选取1984年、2010年、2019年三个代表年份,探讨围垦工程影响下舟山群岛海域潮流结构与潮能分布的时空变化状况。结果显示:1984年至2010年间围垦面积相对不大,且较为分散,主要改变外海进入杭州湾各通道的潮能分配,对能量耗散的影响较小。2010年至2019年间的围垦工程缩窄了潮汐通道,流速增大使得螺头水道及邻近水道的潮能增加,近底流速增大与较强湍流涡旋的产生,使得围垦工程周边海域能量耗散更为集中。     

红树林宜林滩涂土壤理化性质及造林修复适宜性分析——以北海市红树林为例

在北海市周边的红树林宜林滩涂采集土壤样品,通过测定土壤理化性质,研究不同土壤条件下红树林造林修复的适宜性。研究结果表明,各造林地块土壤粒径的垂直分布规律较为一致,以砂和粉砂为主,含量大小依次为砂、粉砂、黏土和细砾;随着土壤深度的增加,不同地块土壤各理化性质指标总体上呈逐渐降低趋势,土壤有机质质量比为5.83～17.68 g/kg,处于中等养分水平;土壤全氮、全磷和全钾含量都较低,在五级到六级养分水平;土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量都较高,满足造林所需营养条件。对红树植物生长特性的综合分析结果表明,黄金村和镇西村滨海滩涂仅适宜种植白骨壤(Avicennia marina),那潭村和那江村滨海滩涂适宜种植秋茄(Kandelia obovate)和红海榄(Rhizophora stylosa),和荣村、广西壮族自治区合浦儒艮国家级自然保护区和上新村滨海滩涂适宜种植白骨壤、秋茄和红海榄。     

深海立管相互碰撞的响应面法研究

针对深海立管在理想环境和外部水环境中发生碰撞的情况,从立管碰撞最大径向位移和应力峰值两方面展开研究,充分利用ABAQUS仿真得到的数据,基于数值模拟和回归分析,提出四因素三水平的立管碰撞响应面分析方法。采用Design-Expert软件的BOX设计,对立管的非线性碰撞过程中的碰撞应力峰值和最大径向位移等两个试验指标进行回归分析并分别建立二次响应面回归模型。通过将响应面分析所得最优化解与有限元计算结果的对比,最终验证了响应面分析方法及所得模型的准确性。     

ENSO对长江口日本鳗鲡苗捕捞量的影响

ENSO是一种对世界渔业有重要影响的气候事件，对长江口日本鳗鲡苗的捕捞量也有一定影响．本文通过对1974～2003年的Nineo 3．4区的表层海水温度（SST）和长江口日本鳗鲡苗的捕捞量进行相关分析，以揭示彼此的相关性．1974～1982、1983～1993年崇明的鳗苗捕捞量和ENSO指标值基本成相反关系．1992—2003年长江口鳗苗总捕捞量和ENSO指标值也基本呈相反关系．此期厄尔尼诺发生时，鳗苗总捕捞量明显降低，而拉尼娜发生时则明显增加．进一步建立Nineo3．4区的水温距平值和当年鳗苗捕捞量增量关系，发现随着水温距平值增大，1974—1993年鳗苗捕捞量增量呈现增加趋势，但相关性并不显著．将其中3个强厄尔尼诺年的数据去除，则呈显著相关．相反，1993～2003年间，随着太平洋Nineo3．4区水温距平值增大，上海鳗苗捕捞量呈减少趋势，但相关性不显著，分别去除个别年份后则呈显著下降趋势．这主要是因为前一阶段是以拉尼娜事件为主体，水温距平值一定程度的增大，鳗苗捕捞量呈现增长趋势；而后一阶段主要以强厄尔尼诺事件为主．再采用当年鳗苗捕捞量增量和去年太平洋Nineo3．4区全年水温距平值建立相关，得出长江口鳗苗增量随去年水温距平值增加呈现显著上升趋势．其原因主要是由于ENSO影响长江口水温分布，而鳗苗补充需要一个最适温度范围．这进一步验证了非厄尔尼诺年后发生厄尔尼诺次年属鳗苗增产年度的理论．这些结果表明可将Nineo3．4区海表温度作为长江口日本鳗鲡苗捕捞量预测指标．