胶州湾三维变动边界的潮流数值模拟

基于Blumberg等（1986）的河口、陆架和海洋模式，引入变边界处理技术，建立了胶州湾三维变动边界的潮流模型，模型以σ-正交曲线坐标下三维非线性潮波方程为基本方程，引入2.5阶瑞封闭方程组，采用分裂算子法数值求解方程组，利用湍封闭方程求解垂直紊动粘滞系数，采用干湿网格方法模拟潮流漫滩过程，三维变动边界潮流模型计算结果与实测值吻合良好。     

FVCOM模型关键参数的处理及其在涌潮模拟中的应用

通过改进海床阻力系数和设置合适的垂向紊动背景系数,应用FVCOM模型成功再现了钱塘江河口强涌潮的演进过程。海床阻力系数采用Manning公式形式,取值随水深、地形在0.000 2~0.002 9之间变化;垂向紊动背景系数取1×10^-4 m²/s。模拟结果较好地复演了涌潮到达时刻、涌潮高度及涌潮抬升过程、涌潮水平流速以及其沿垂向分布规律,表明阻力系数及垂向紊动背景系数等关键参数的改进和处理是合理的,可应用于涌潮三维潮流运动特征模拟。     

大连湾及附近海域潮流场数值模拟

用ＡＤＩ法模拟计算了大连湾及附近海域Ｍ２分潮潮流场，在处理平流项时采用迎风格式，在每一时间步长，产生一个只包含水位的三对角方程组，并用Ｔｈｏｍａｓ算法求解，可节省大量计算机内存和计算时间，将模拟结果与交配实测资料比较，二进者吻合较好，并根据计算结果分析了大连湾及附近海域的潮流特征，潮流的主要运动形式为往复流，开阔海域最大流速约５０ｃｍ／ｓ，各湾自湾口至湾顶流速呈递减趋势，湾顶附近流速均在５ｃｍ／ｓ     

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。     

长江口水域三维水动力数值模拟研究

本文在前人对河口水域三维水动力研究的基础上，建立了长江口水域三维非线性斜压浅海与陆架模式，并首次应用到长江口水域尾水排放水动力数值模拟研究中。考虑到实际河口形状和海底地形，采用平面和垂向三维坐标变换，在空间完全交错的网格系统上离散化控制方程组，并引入ADI计算方法数值求解。数值模拟结果基本上反演了长江口水域的三维水动力状况。     

渤海湾流场以及污染物分布的数值模拟研究

以了弄清渤海湾这一具有广阔潮间带典型海域的潮流以及污染物分布状况,采用考虑“窄缝”的二维动边界潮流和对流对涝海湾流场以及污染物分布的浓度场进行了数值模拟研究并应用潮流以及污染物分布的实测模型进行了验证,数值模拟结果与实测符合良好。     

杭州湾的三维水流数值模拟

建立了一个基于σ变换和内外模式分裂技术三维水流数学模型，采用有限节点法（平面）和变步长差分法（σ向）对方程进行了离散；通过风生流和环岛水流两个理论模式对所建模型进行了校验，并将该模型应用到杭州湾的三维水流数值模拟中，效果良好，所建模型垂向分辨率高，简单实用，可应用于河口，海岸，湖泊等大范围水域的水流数值计算。     

渤海三维污染物迁移轨迹的数值计算

根据一种三维潮致拉格朗日余流的弱非线性理论,考虑单一频率潮波系统,在零阶天文潮和一阶拉格朗日余流数值计算的基础上,计算了二阶拉格朗日余流,然后对8个具有代表性的标识质点运动轨迹进行了数值跟踪。对水平及垂直运动性质进行了分析,并用卫片资料对结果进行了验证。提出一些有启发性的初步结果。     

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.     

近海湍流三维数值模拟中的重整化群模式

利用重整化群理论来确定近海湍流数值模式中的垂向涡动粘性系数，并对冬末春初琼州海峡的潮流场特征进行数值模拟。结果表明，重整化群模式的待定常数少，应用方便可行，其计算结果也比常用的湍流封闭模式的计算结果更加合理。     

刚性植被对沿坡运动泥沙异重流动力及湍流特性的影响

开展一系列开闸式斜坡泥沙异重流水槽实验,采用高速相机记录异重流发展过程,并利用声学多普勒流速仪(acoustic doppler velocimeter,ADV)获取泥沙异重流的速度、浓度及湍流结构,探究刚性植被对异重流运动特性的影响.实验结果表明:随着植被高度的增大,泥沙异重流的头部与尾部发生分离,且植被高度对异重流...     

长江口湍流剖面的观测与分析

小尺度湍流过程对河口物质输运与能量交换至关重要。受传统观测方法的限制, 河口浅水区域的剖面观测资料至今较为匮乏, 进而限制了湍流过程的研究。为此, 采用新型5波束声学多普勒流速剖面仪(Nortek Signature 1 000 kHz AD2CP)在长江口开展湍流剖面观测, 获取高频、低噪的高质量湍流剖面数据, 并与声学多普勒点式流速仪(acoustic doppler velocimeters, ADV)同步观测的数据进行对比。结果表明, 通过AD2CP与ADV获得的近底部边界层摩阻流速u_*、拖曳系数C_d、雷诺应力S_R等特征参数基本一致, 底摩擦与波浪能量为河口区域湍动能的主要输入源。湍流垂向结构存在显著的非局地平衡, 即温盐等斜压作用引起的浮力通量、对流项以及强波浪作用影响的脉动压力做功、黏性输运等因素可能为长江口湍流非局地平衡的主因。     

氢和氧稳定同位素示踪湖泊蒸发的对比研究

氢氧稳定同位素被广泛用于水文循环过程的研究。本文观测了2015年太湖湖水H~2HO和H_2~(18)O组分,分析了它们的时空变化规律及其控制因子,探讨亚热带大型浅水湖泊的同位素富集机制;基于稳定同位素质量守恒法计算太湖蒸发量;评价了动力分馏学系数的传统湖泊算法与海洋算法的适用性;重点分析了H~2HO和H_2~(18)O示踪湖泊蒸发的效果,对比二者之间的差异。研究结果表明,在空间上,太湖湖水和河水的氢氧同位素在南部特别是东南部较为富集但在北部区域较为贫化,这主要是受水流方向的控制,东南部湖水经历的蒸发时间较长,因此湖水中同位素累积较多;在季节上,冬季湖水同位素较贫化、春夏季较富集。对于2015年太湖的年蒸发量,用氢同位素示踪的结果与观测值较一致,为880mm;氧同位素的示踪结果略低,为690mm。使用传统湖泊研究中对动力学分馏系数的取值,会导致蒸发被显著低估,而氧稳定同位素的示踪结果对动力学分馏系数的取值更为敏感,同时氢稳定同位素在同位素分馏过程中主要是平衡分馏效应占主导,因此H~2HO在动力学分馏系数的参数化方案中影响较小,在实际应用中更为稳定。本文的研究结果表明了稳定同位素水文学研究中使用合适的动力学分馏系数的重要性。     

海洋湍流的测量及相关分析

对海洋湍流速度脉动的一维概率密度作了测量，并把测量结果与高斯分布进行了比较，比较的结果表明，一个接近于高斯分布而另一个却差别较大。计算到直至五阶湍流相关函数并与网络并与网格湍流进行了比较，结果都表明小时间间隔中测量结果与网格湍流的结果近似一致。而大时间间隔中却相差很大，以上结论说明了较长的测量时间的必要性。     

海洋湍流的测量及相关分析

对海洋湍流速度脉动的一维概率密度作了测量，并把测量结果与高 斯分布进行了比较。比较的结果表明，一个接近于高斯分布而另一个却差别较 大。计算到直至五阶湍流相关函数并与网格湍流进行了比较，结果都表明小时 间间隔中测量结果与网格湍流的结果近似一致，而大时间间隔中却相差很大。 以上结论说明了较长的测量时间的必要性。     

莺歌海盆地反转构造变形特征及其动力学演化

莺歌海盆地位于印支半岛与南海北部大陆边缘交接区,复杂的地质构造背景使其形成演化的动力学机制成为国内外研究的焦点。综合新的区域资料,对影响莺歌海盆地发育的区域构造演化特征进行了系统分析,认为新生代以来印度板块与欧亚板块的碰撞造成印支板块的逃逸构造,以及印支板块的顺时针旋转,红河断裂带新生代的变形机制,直接或间接地控制了莺歌海盆地的形成与演化。在此背景条件下,莺歌海盆地新生代以来的构造演化经历了3个阶段,即左旋走滑-伸展裂陷阶段、地壳韧性伸展-热沉降阶段和加速沉降阶段。     

黄海YA01孔沉积物稀土元素组成与源区示踪

黄海YA01孔沉积物稀土元素总量（∑REE）变化范围较大，接近于全球沉积物平均稀土元素含量的下限，略高于黄海、东海、明显低于渤海，南海表层沉积物的平均含量，∑REE和δEu、δCe值的变化受岩性和沉积环境变化的控制，各类沉积物的稀土元素配分模式非常一致，表明这些沉积物具有相同的物源区，Ce/La、Sm/Nd比值的DF值判别结果表明，钻孔沉积物与现代黄河沉积物更为接近。     

东海陆架晚第四纪沉积物化学成分及物源示踪

东海陆架EA1孔和EA5孔沉积物化学成分变化范围较大。与东海陆架表层沉积物相比，钻孔沉积物的Si,Al,Mg,Mn,Ti,P,Ba,Zr,Co,Ni,Cu,Zn,Cr明显偏高，而Fe,Na,Ca,Sr,Li,U明显偏低，与全球大陆地壳化学组成相比，钻孔沉积物的Si,Li,Rb,Ba,Th,Zr,Hf,Cu,Zn,Pb偏高，而Al,Na,Ca,Mg,Fe,Mn,Ti,P,Sr,U,Co,Ni,V,Cr偏低，钻孔沉积物的化学成分在垂向上具有明显变化，主要受岩性和沉积环境的控制，钻孔沉积物中元素的富集因子（EF）均小于10，接近于1，表明钻孔沉积物主要来自大陆地壳，一些元素因分异或外来物质加入而富集，一些元素则因分异带出而亏损，钻孔沉积物源区的DF值判别表明，钻孔沉积物与现代黄河，长江沉积物均有亲缘关系，可能是在末次冰期最盛期，由于气候带南移，干旱区域扩大，在古长江搬运沉积物中类似现今黄河沉积物的干旱组分明显增加，从而导致了地球化学示踪结果的长江与黄河双重性，或者说古气候的变化导致了古长江搬运物质成分的变化。     

图解法与矩值法计算的潮汐沉积粒度参数之差异及其原因解析

采用Folk-Ward图解法(GM)、Friedman-Johnson矩值法(MMFr)和McManus矩值法(MMMc)公式,分别计算了杭州湾顶-钱塘江河口中高潮滩短柱状样395个砂、泥质纹层的粒度参数。比较分析发现,除平均粒径可以完全相互替代外,随着矩值法阶矩数的增加,彼此关系变得越复杂而无法直接相互替代。MMMc矩值法未采用传统统计学法计算偏态和峰度值,目前二者的物理意义尚不清楚,其适用范围有待进一步探讨;由于两种矩值法计算的粒度参数差别较大,鉴于目前MMFr矩值法应用更广泛且物理意义明确,建议统一使用MMFr公式以便于对比研究。砂、泥质(纹)层的粒度参数特征差异明显,沉积物组分分析(反演)进一步表明,二者由各自特征的粗、细组分构成,与各自形成时的水动力条件相符合。由此认为,取样时选相同或单一动力沉积单元进行粒度分析是重要的。运用正态分布函数二组分叠置法(正演)较好地模拟出矩值法与图解法偏态与峰度的复杂关系,其中主次组分的百分含量和众数差值是主要影响因素。随着细组分(次组分)含量的减少,矩值法偏态和峰度值都相应增加,细微地反映了粒度分布的整体变化趋势。但图解法偏态和峰度值发生先增加,到达某一拐点后再减小,这与其只采取有限的若干特征值进行统计和忽略尾部(φ16~φ84)部分的描述,可能是偏态拐点出现的位置在细组分百分含量为35%的原因。图解法与矩值法各具优势,但图解法对于次组分和尾部特征的表述具有不一致性,而矩值法在此方面具有趋同性,更适合于建立统一标准,开展粒度参数的物理意义解释。     

冲绳海槽沉积物物源示踪研究进展

冲绳海槽作为浅水陆架与深海大洋之间联系的过渡地带,其海底的厚层沉积物记录了晚第四纪海平面波动、构造活动、气候变化,以及冲绳海槽古环境演化信息,因此,对于冲绳海槽沉积物的研究一直是边缘海研究中的热点问题之一,而识别沉积物物源成为解决这一系列问题的关键。众多学者已对冲绳海槽沉积物的来源进行了诸多探讨,并取得了丰硕的成果。在综合前人研究成果的基础上,系统地总结了冲绳海槽沉积物的来源及示踪方法,包括矿物学、地球化学以及环境磁学,评述了目前研究存在的问题,并对未来沉积物物源的识别工作提出了展望。