波浪作用下方箱-水平板浮式防波堤时域水动力分析

在线性化势流理论范围内求解方箱-水平板浮式防波堤的波浪绕射和辐射问题,从时域角度分析了浮式防波堤的水动力特性.采用格林函数法将速度势定解问题的控制微分方程变换成边界上的积分方程进行数值求解,浮式防波堤的运动方程采用四阶Runge-Kutta方法求解.对不同层数水平板的浮式防波堤的波浪透射系数、运动响应和锚链受力进行了计算分析,结果表明方箱相对宽度对方箱-水平板浮式防波堤的波浪透射作用有重要的影响,透射系数随着方箱相对宽度的增加而减小.对于方箱加二层水平板的浮式防波堤,在本研究的计算条件下,当方箱相对宽度从0.110增加至0.295时,透射系数从0.88减小至0.30.水平板有利于增加浮式防波堤对波浪的衰减作用,但随着水平板层数从0增加至2,这种波浪衰减作用增加的程度趋弱.方箱-水平板的浮式防波堤的运动量小于单一方箱防波堤的运动量.与此对应,方箱-水平板防波堤的锚链受力小于单一方箱防波堤的锚链受力.     

广东阳西近岸海域海浪谱分析

根据广东阳西近岸海域测站1a实测共4 949组的原始随机波面观测记录,用自相关函数法和快速傅里叶变换法进行谱估计,得到波谱各特征参数,并与实测波面统计的特征值进行比较,经分析,选用快速傅里叶变换法估计研究海域的实测谱,对粗谱进行平滑和分析,筛选出研究海域海浪的样本谱498个,将平滑后的谱形无维量化,得到广东阳西海域海浪无维量平均谱曲线并求出对应谱参数,计算得到谱峰频率f0为0.121,特征频率μ10、μ20分别为1.929、2.733,谱宽度ε、ν为0.83、1.39.采用5种理论频谱模式对实测无维量谱进行拟合,根据拟合结果推荐γ=1.920 5的JONSWAP谱或者b=5.7、δ=6.0、k=0.5的莆田谱作为广东阳西近岸海域的海浪谱型,对该海区的工程建设、海浪预报警报和海浪理论研究具有较好的参考作用,对我国其他类似海域也有一定的参考价值.     

平潭岛东部海域波浪特征及波浪能分析

根据2011—2012年在平潭东部海坛湾海域"浪龙"(AWAC)的实测波浪数据,统计分析得到该海域的波浪特征。海坛湾海域全年的波向主要集中在NE-E-SE向,常浪向为ENE向,频率为67.56%。强浪向为E向,H_(1/10)波高最大值为5.73 m。全年波高以3级浪为主,年出现频率为41.97%。H_(1/1 0)波高主要集中在0.40～2.20 m之间,所占频率为68.70%,周期主要集中在2.0～7.0 s,所占频率为98.20%。利用实测资料通过能量谱积分计算分析该海域的波浪能情况,波浪能的大小以波功率密度(P_w)表示。P_w具有明显的季节性变化特征,秋冬强,春夏弱,秋冬季P_w平均值可达8.50～10.00 kW/m。P_w年平均值在5.50 kW/m左右,表明该海域为波浪能较丰富区。将实测波浪数据应用于波浪能经验公式计算式时,不同波要素组合下的P_w近似公式其比例系数(α)不同,计算结果表明,H_s-T_(1/10)和H_s-T_z波要素组合计算P_w为优选,其对应的α值分别为0.34和0.45。     

黑潮流区次中尺度热量输运特征 ——以2013年1月模拟结果为例

作为中尺度过程与小尺度过程中的过渡,次中尺度过程[空间尺度为O(1～10)km,时间尺度为O(1)天]是海洋动力过程中重要的一环。海洋次中尺度过程具有明显的非地转特征,从而促进垂向热量和物质的输运,因此在海洋上层热量与物质垂直交换中肩负着极为重要的作用。黑潮作为全球最强的西边界流之一,是海洋能量的重要聚集区。针对黑潮流区大尺度环流和中尺度涡旋等动力过程的研究,受到海洋和气象学者的广泛关注,但对黑潮流区次中尺度过程的相关研究相对较少。本文基于高分辨率ROMS数值模式(空间分辨率为1公里),针对黑潮流区(25.5°～29.4°N, 124.4°～131°E)次中尺度过程的空间分布特征及其诱导的热量输运特征进行了研究。模拟结果表明,黑潮流区存在着十分活跃的次中尺度过程,尤其是在黑潮流区及岛屿周边等地形变化剧烈的海区。相对涡度和垂直流速的分布特征表明,次中尺度相对涡度和垂向流速上表现出了明显的不对称性,正相对涡度强于负相对涡度,向下垂向流速强于向上垂向流速,而这主要是由惯性不稳定所导致。通过计算次中尺度引起的热量输运,结果表明次中尺度的水平热量通量为东北方向,从较低纬度朝较高纬度输运,这意味着次中尺度可以促进不同纬度的热量交换;而垂向热量通量则表现出向上输运的特征,即由深层往表层输运,这意味着次中尺度过程可以导致热量在垂直方向上的再分配,从而使得海洋趋于再分层。     

福建东山湾潮流和余流特征研究

东山湾位于台湾海峡南口的西岸,属于潮控型半封闭海湾.本文章通过对M1站1周年的流速、流向及对应的风速、风向资料进行分析,结果表明:M1站正压流动特征显著,潮流日不等现象较明显,相邻潮次中涨急流速明显小于落急流速.观测期间,M1表、中、底3层实测最大涨潮流速分别为83,78,71 cm/s,实测最大落潮流速分别为152,104,100 cm/s.夏季表层余流流速明显大于中层和底层,冬季各层余流速相差则较小.径流是M1站的余流的主要因子.夏季,径流对表层作用最为明显,其余流流速明显大于中层和底层,中、底层由于受温盐跃层产生的斜压效应作用,出现较长时段的北向余流;冬季东山湾平面和垂向温、盐分布均匀,各层余流流向均为落潮方向,且表层往底层方向,流速变幅不大.由于其半封闭型的海湾形态,风应力对东山湾的余流贡献较小.     

台湾海峡西侧海湾-岛屿系统影响下的流场年季变化——以南日水道为例

台湾海峡地理位置独特,西侧海域海湾 岛屿系统普遍发育,显著影响了海域流场分布。同时,海峡西岸经济区的快速发展对区域海洋动力环境背景场及其变化的精细认识提出了更高的要求。福建莆田南日岛西侧南日水道是连通兴化湾与平海湾的主要水道,是区域海洋动力环境的“咽喉”所在,在区域海洋环境保护与科学开发利用中居于至关重要的位置。为了全面认识台湾海峡西侧海湾 岛屿系统影响下区域海洋动力环境背景场的年季变化,本研究利用布放在南日水道的座底观测系统获得的周年海流资料,结合同期气象风场资料,通过数据统计分析、调和分析、滤波处理和小波变化等手段,研究了南日水道内海流的季节变化规律和驱动余流的动力要素,初步探讨了热带气旋等对海洋动力演化过程的影响。研究结果表明,研究海域潮流为不正规半日浅海潮流,并具有明显的半月周期,涨潮流大于落潮流,涨潮流主方向为 WNW 向,落潮流主方向为 SE—ESE向。旋转谱结果表明,研究海域以半日潮为主,逆时针能量强于顺时针,惯性周期无明显的谱峰。潮流强度的季节变化特征为冬季最强,秋季、春季次之,夏季最弱。夏、秋季的余流流速较其他季节明显偏大,表层余流有明显的季节特征,底层余流全年为北向流。观测点余流主要由风引起,二者有很好的相关性,但频率统计结果显示二者方向不一致,表明余流在地形的作用下发生了转向,其中潮致余流对表层余流贡献较小。小波能量图表明,双台风（热带气旋）期间风和余流均存在1 d及6 d左右的周期信号,二者密切相关。本研究成果对于区域海洋环保以及海域科学开发与应用具有重要的现实意义。     

波浪与大孔隙多孔介质相互作用的耦合数学模型

建立了波浪与大孔隙多孔介质相互作用的耦合数学模型,波浪域的控制方程为雷诺时均方程和k-ε紊流模型。对于计算域的入射波采用推板式造波,它可以是线性波、椭圆余弦波和孤立波。采用PLIC-VOF法追踪波浪自由表面。对于多孔介质内的孔隙流场采用非线性Forchheimer方程,两区域共享连续方程,最后导出的波浪域与孔隙流域的压力修正方程具有完全相同的形式,利用这个方程能够同时而不是分别求解波浪场和孔隙流场,避免了在内部边界上给定匹配条件,实现了波浪场与孔隙流场的同步耦合。波浪与粗颗粒海床、平底床面上抛石潜堤及斜坡上抛石潜堤相互作用的验证计算结果表明该模型可用于研究波浪与大孔隙多孔介质相互作用的问题。     

基于深度学习的视频观测潮位技术研究——以厦门高崎码头为例

近岸潮位观测是海洋工程应用、海岸防灾减灾、海岸带管理以及海洋有关科研工作中最基础的工作之一。文章基于视频图像深度学习的方法,使用YOLOv5目标检测算法从安装在近岸的固定摄像机拍摄的视频帧中提取潮汐水位特征进行潮位分析。研究采用厦门高崎码头的分辨率为1920×1080的高清摄像头2023年2月的影像数据作为训练集和验证集,2023年3月的影像数据作为测试集,利用岸边验潮井逐时潮位数据进行标注,采用YOLOv5目标检测算法来训练。计算结果显示,通过视频观测潮位在训练集和测试集上的误差分别为3.9 cm和5.3 cm。视频中1个像素点代表3.8 cm,因此潮位观测的平均误差为像素级。研究表明在近岸通过高清摄像头基于图像深度学习进行潮位观测的方法是可行的,观测精度取决于图像目标物的分辨率。