基于非规则网格模型的全球潮流能评估

利用网格有限体积海洋模式,在非规则网格模型中考虑内潮黏性和自吸−负荷潮联合作用,建立了包括M2、S2、N2、K1、O1、Q1共6个分潮的天体引潮力驱动全球纯动力潮汐模型。在全球潮汐模型结果验证的基础上,系统计算和统计评估全球潮流能平均密度,并给出全球范围内潮流能较大区域的潮流能分布。结果显示,英吉利海峡处存在面积接近33 000 $ {{\rm{k}}{\rm{m}}}^{2} $,最大潮流能密度达到1 100 $ {\rm{W}}/{{\rm{m}}}^{2} $的大潮流能带;加拿大巴芬岛西侧海域最大潮流能密度超过了1 150 $ {\rm{W}}/{{\rm{m}}}^{2} $;阿拉斯加沿海库克湾海域最大潮流能密度达到了500 $ {\rm{W}}/{{\rm{m}}}^{2} $;俄罗斯白海入口处潮流能带面积较大,最大潮流能密度达到了500 $ {\rm{W}}/{{\rm{m}}}^{2} $;澳大利亚沿海潮流能带面积不大,但数量众多,潮流能密度普遍超过了100 $ {\rm{W}}/{{\rm{m}}}^{2} $;中国近海在长江口杭州湾海域以及台北以北海域潮流能密度达到了100 $ {\rm{W}}/{{\rm{m}}}^{2} $。     

基于SODA资料的南海表层风能输入的空间分布与长期趋势研究

海面风不仅是驱动上层海洋运动的主要动力, 其能量也是维持海洋表层流动的主要机械能来源。为了分析南海表层流风能输入的变化, 用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)(1901—2010)资料估算了风向南海表层流(表层地转流+表层非地转流)的能量输入。结果表明, 风向南海表层流、表层地转流和表层非地转流输入的能量总体均呈减少趋势, 110年间分别减小了约56%、65%和49%。导致风能输入减小的最主要因素是风应力的减弱(减小了35%)。由于南海受季风系统的控制, 风向表层流及其各成分输入的能量呈现出显著的季节性变化。冬季风能输入最强, 高值区位于南海西部及北部区域, 呈一个显著的“回力镖”状结构。这些结果对深入认识南海环流具有理论意义。     

抛物线型背景流对内孤立波特征和能量影响的数值模拟研究

本文基于南海东北部观测的抛物线型背景流,设计了8种形式的抛物线型背景流,利用IGW模式研究了其对内孤立波(ISW)的特征和能量学的影响。研究结果表明:背景流对波包中ISW数目没有影响,但减小了ISW的相速度;对于下边界在主温跃层附近或在其上的抛物线型背景流,ISW振幅和最大位移深度均增加;随着抛物背景流曲率减小,ISW振幅、斜压与正压能比值减小,同时ISW相速度、正压能、斜压能、KE/APE都增加;如果抛物背景流底部延伸至海底,且曲率减小,则ISW振幅、相速度减小,同时正压能、斜压能、KE/APE增加;在整个深度上的背景流,随着下层曲率减小和上层曲率增大,ISW振幅、相速度、斜压与正压能比值、斜压能、KE/APE均增加。     

海洋潮流能资源估算方法研究进展

综述了近15 a来国内外海洋潮流能资源评估方法的研究进展,介绍了英国、美国和加拿大等发达国家的潮流能资源评估方案.重点比较和评述了现有的4种潮流能资源计算方法的特点、异同和优缺点,在此基础上,提出了我国近海海洋潮流能估算的思路.另外,还对国际上主要的潮流能开发装置进行了分类介绍.     

浙江沿岸和长江口区潮流能源及其开发利用

本文根据《全国海洋能资源区划技术规定》的要求,首先对浙江及长江口区沿岸潮流流速在2.5kn以上的港湾、水道进行了潮流能资源调查研究,并在查明该区潮流能资源蕴藏量及分布的基础上,为潮流能的开发利用提供了科学依据。此外,本文对潮流能资源开发利用的现状及今后开发研究问题提出了一些看法和建议。     

夏季北黄海南部定点高分辨率实测海流分析

对夏季北黄海南部一定点高分辨率连续ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)海流实测资料,使用调和分析方法分解成3部分:不随时间变化的定常余流,周期性潮流和剩余流,再将潮流分解为正压潮流和斜压潮流。通过对实测海流中各组分的分析,结合同时期卫星反演海面风场资料,温度、盐度断面调查资料,得到以下结论:夏季该站点上层定常余流的主导动力控制因素是风应力,上层表现出明显的Ekman风海流特征,中、下层流速方向与表层流向基本成反向,体现出"上进下出"的垂向空间结构,定常流速最大位于近表层,可以达到5cm/s以上;各层的潮流类型均为正规半日潮流,主要半日潮潮流椭圆长轴的方向基本上呈东南-西北方向,其椭率在近底层达到最大值,中、上层较小;从能量角度分析该站点各海流组分,潮流与剩余流所占能量较大,平均起来看,潮流能量占测量海流能量的77%,而定常余流仅占0.6%,该点的斜压潮流较弱,平均斜压潮流能量仅占正压潮流能量的5%。     

基于潜标观测的吕宋海峡以东深海海流的低频变异

本文利用在菲律宾海布放的一套锚系潜标获取的长时间海流和水温观测数据,分析了吕宋海峡以东的深海海洋环境特征,着重阐释了该海域海流的全水深垂向结构及其低频变化特征。研究表明,表层(100～160 m)平均流向为西偏北,流速约为12.5 cm/s;中层(810 m)的平均流为西向,流速为2.6 cm/s;深层(1 550 m和2 560 m)的平均流速在1 cm/s以内,近底(4 040 m)的流向为较稳定的西南向,流速为2.3 cm/s。上层海流的动能比中层和深层大1～2个量级,总动能、平均动能、涡动动能均在表层最大,中层次之、深层最小,各层次涡动能均大于平均动能。中上层海流的低频变化具有极高的相似性,全年为81～85 d的周期振荡;近底层海流则不同,变化周期约为51 d。     

共水平轴双叶轮海流机水动力学性能的实验研究

针对水平轴单叶轮海流机在低流速时启动性能差、获能少的缺点,采用共水平轴同向旋转双叶轮水轮机进行了水动力学性能的水槽试验.由实验结果研究了共水平轴单叶轮和双叶轮水轮机的功率特性和启动特性,分析了不同上、下游叶轮安装角和叶轮轴向间距对叶轮启动水流速度以及发电机获得功率的影响,并对单叶轮和双叶轮水轮机的运行情况进行了比较.结果表明,共水平轴双叶轮水轮机的启动水流速度较单叶轮低很多,而且能从水流中获得更多的能量.因此,共水平轴双叶轮水轮机能改进一般水平轴单叶轮水轮机难以启动和获能少的不足,更适合于我国低海流流速的实际海况.     

成山头海域潮流能资源可开发量评估

针对潮流能资源较丰富的成山头外海域,利用FVCOM数值模式,在良好模拟该海域潮流场的基础上,运用能量耗散原理,对该海域的潮流能资源可开发量进行了评估。结果表明,在转换装置的拖拽系数为0.07时,面积为27km2的成山头近岸海域的可开发潮流能资源约为17.9MW,其中大潮期间的可开发量高达37.7MW,而小潮期间则为7.3MW。在此条件下,该海域大潮期间涨急和落急时刻的流速分别减小了40%和38%,但发电装置对潮汐的影响较小,在成山头顶端的高潮潮位仅下降了4cm。     

水平轴海流能发电机叶片设计与性能分析

全球海洋蕴藏着丰富的海流能,合理利用海流能可以有效缓解能源危机。以额定工况下获能系数达到最大值为目标,利用叶素-动量理论设计了150 kW水平轴海流能发电机的叶片。使用叶素-动量理论结合普朗特修正和葛劳渥修正的方法,预测了海流机在不同尖速比以及不同桨距角下的水动力性能,分析了攻角和载荷沿着叶片径向的分布规律。使用CFD方法计算了海流机在不同尖速比下的水动力性能,并与理论方法的计算结果进行了比较。理论方法和CFD方法的结果均表明,所设计的海流机最大获能系数位于设计尖速比处,证明基于叶素-动量理论的水平轴海流机叶片设计方法是有效的。     

Spatial and temporal variations in spectra of storm waves across a barred nearshore

Wave staffs and electromagnetic current meters were deployed on a profile across a two-bar system at Wendake Beach, southern Georgian Bay. This paper examines spatial and temporal changes in the characteristics of wave form, and the spectra of surface elevation and on-offshore current motion, during one storm. Non-linear effects of wave shoaling and breaking across the bars result in the appearance of secondary waves and both the wave and on-offshore current spectra have significant harmonic peaks during most of the storm. Significant low-frequency energy occurs only during the peak of the storm. While the peak frequency remains constant across the bar system, the proportion of energy in the primary peak is greatest in the troughs and lowest over the bar crests and there are similar changes in the proportion of energy in the first harmonic. However, in both surface elevation spectra and on-offshore current spectra, the greatest proportion of energy is found in frequencies related to the incident wind waves.     

江苏辐射沙洲海区潮流对涌浪能量传播的影响

为研究了江苏辐射沙洲地区潮流场对涌浪能量传播的影响,本文利用双向耦合的Delft3D-FLOW和SWAN模型进行了对江苏辐射沙洲地区风-浪-潮流的整体模拟。时间尺度,是表达波能传播速率的有量纲参数。本文利用时间尺度这一物理概念来描述涌浪的波能在地理空间和谱空间中的传播规律。时间尺度越小,波能的传播速率越快。研究发现,通过计算和对比波能的时间尺度在地理空间、谱空间内的变化规律,发现在辐射沙洲地区,波能时间尺度在谱空间内变化偏大。而在潮流影响下,涌浪的频率运移表现更明显。通过理想实验的对比,发现涌浪能量的时间尺度在有潮流明显较无潮流作用时变小,这反映了潮流对于涌浪能量的传递速率有正向作用。在地理空间上,波能的时间尺度在涨潮时刻减小,落潮时刻增大。     

The effect of internal tides on the vertical structure of tidal current in the North Huanghai Sea

The tidal current is generally predominant in China's offshore areas. The vertical structure of the observedtidal current is quite complicated with the presence of seasonal thermocline. The observed tidal current may be divided into two parts, an averaged barotropic tide current and a variation tide current. A method for studying the vertical structure of tidal current is developed from the constitution and distribution of energy, and the vertical structure of the observed tide current in the North Huanghai Sea is studied on the basis of the method. The result shows that the reason why the energy of the tidal current is concentrated on the neighbourhood of the thermocline mainly lies in the internal tides i under certain conditions, the fact that the direction of the internal tide current above the thermocline is opposite to the one below the thermocline will be able to cause the rotary directions of the observed tidal current above and below the thermocline to be in opposite. The interaction between th     

东海东南陆架外缘冬、夏季实测海流FFT分析

使用FFT法首次将东海陆架冬、夏季2次定点ADCP测流资料在频率域内分解成3个部分：不随时间变化的定常海流、周期为6～25h的潮流和剩余流,再将潮流分解为垂向均匀的全流(也称正压潮流)和剩余的斜压潮流。结果表明：夏季测站定常海流、潮流和剩余流能量分别占总能量的5．3％,93．9％和0．9％,而冬季测站分别占10．8％,80．9％和8．4％。夏、冬季测站的斜压潮流与正压潮流能量之比分别为20．7％和4．1％。     

Magnus effect水轮机性能的初步探讨

用较简单的理论方法计算了Magnus effect水轮机的功率系数,讨论了影响其性能的诸要素。为设计潮流发电装置选择水轮机提供依据。     

基于高频地波雷达观测的粤西近海潮流潮能分析

利用粤西海域高频地波雷达观测得到的表层海流资料进行潮流调和分析。结果表明: 粤西近海主要属于不正规半日分潮, 浅水分潮较强。以M₂分潮为例, 潮流运动形式主要为逆时针的往复流为主, 方向沿西北—东南方向。粤西近海的潮能主要由东部陆架输送进来, 潮能自东向西传播, 在大潮期间, 粤西的潮能出现向岸方向分量, 表现为从东南向西北方向传播, 在近岸区域潮能通量传播的方向会发生一个向岸的偏转。通过潮能收支方程计算潮能耗散, 发现粤西近海潮能耗散的高值区在西部岛屿密集区域, 与琼州海峡的存在和琼州海峡东北处地形变化存在明显的相关关系。     

Wave Energy Study in China: Advancements and Perspectives

1 .Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ1ＴｈｉｓｓｕｂｊｅｃｔｗａｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＨｉｇｈＴｅｃｈＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ( 863)Ｐｒｏｇｒａｍ (ＧｒａｎｔＮｏ .2 0 0 1ＡＡ5 160 10 ) ,ｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ (ＧｒａｎｔＮｏ .5 99760 4 7ａｎｄＮｏ .5 99790 2 5 ) ,ｔｈｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｉｃＰｒｏｇｒａｍｏｆＧｕａｎｇｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ (ＧｒａｎｔＮｏ .Ｃ32 0 0 4 ) ,ａｎｄＮａｔｉｏｎａｌＳｃｉｅ…     

适用于潮流能电站的新型模块式嵌岩灌注桩基础结构的应用

近年来,潮流能能量转换技术发展迅速,但大型潮流发电机组基础结构方面的研究和应用还并不多见。针对潮流能电站基础结构在抗弯抗剪强度、桩径尺寸方面的特殊要求,结合我国潮流能富集区海底多为浅覆盖层或裸露基岩、且地形复杂的情况,提出了一种新型模块式嵌岩灌注桩基础结构。该基础结构的嵌岩灌注桩通过在桩内布置环形钢板箍和钢筋束来增强抗剪抗弯能力,使其在常规桩径即可满足潮流能电站的支撑要求,减少了对发电水流断面的阻挡;各主体灌注桩可通过横撑、纵撑和斜撑连接构成模块式基础,以适应不同地形条件、不同机组数量和安装方式的要求。新型模块式嵌岩灌注桩基础结构在LHD联合动能公司3.4 MV潮流发电项目中进行了首次应用,获得了良好的使用反馈。     

The origin and continuation of a western boundary current

The origin of a western boundary current as a jet is accounted for by a transfer of potential energy to kinetic energy, and poleward changes along the western boundary are directly correlated to variation in Coriolis parameter.     

胶州湾前湾填海对其水动力影响预测分析

本文采用ECOM-SED模式、算子分裂法和“干、湿”点法建立了胶州湾变边界数值模型。从潮、余流、潮波系统和潮流能几方面预测分析了胶州湾前湾追地对海洋水动力的影响。结果表明,前湾填海对胶州湾的潮波系统影响甚微,振幅和位相的变化都在1％以内。但是在前湾和工程附近海域潮流和余流变化比较大,其他海域的潮流和余流变化不大,潮流流速变化为1％左右,余流流速变化为3．14％～9．16％。填海后,内湾口和外湾口附近潮能通量增加2．6％～5．24％,前湾和工程局部区域潮能通量减小20．21％～87．23％。