浅海余环流的有限元模拟(英文)

基于海洋资源开发、环境保护和近岸海域地貌复杂性等原因,浅海余环流的研究引起了世界各国海洋学者的兴趣。余环流是风海流、热盐环流和潮余流耦合形成的。滤掉实测流的周期性部分,剩余的环流就是这三部分海水运动的合成结果。余环流难以分解成上述三个组成部分。因而在讨论浅海余环流的场合下,我们应将这三个分量当做一个统一的整体现象予以考虑。根据这个论点,冯士筰、奚盘根和本文第二作者提出了浅海斜压余环流模型。本文将这个模型应用于中国渤海并采用有限元方法求解了模型方程。计算结果与实测资料符合良好。     

潮滩海域边界适应网格潮流数值模型

在河口潮滩海域水动力学问题的计算中,为了模拟复杂的地形和岸形,最好采用边界适应坐标和小空间步长的高分辨率计算网格。由此带来的问题是,在非正交的边界适应坐标系中,如果继续采用直角坐标系中的速度分量做为求解未知量,不但给方程组的隐式求解带来困难,而且使潮滩上海水漫滩的干湿格点判断准则变得十分繁琐。本文导出了任意曲线坐标系下普遍适用的速度逆变张量和水位所满足的动力学方程组,从而实现了非正交曲线坐标系下交替方向隐式差分格式,使得在高分辨率的边界适应网格中,仍可采用大时间步长进行计算。速度逆变张量方程的导出同时给潮滩上动边界的实现带来了方便。文中通过数值试验,针对模型的稳定性和精确性与以往显式的适应性网格模型做了详尽的比较研究,从而证实该模型是一种研究河口潮滩动力学问题精确而高效的数值计算模型。     

浅海环流研究的一种新方法

提出在较强夏季跃层存在条件下的一种研究浅海环流的新方法。该方法是根据海洋温度和盐度的时间和空间变化资料．以及该水层通过其边界（海－气或跃层）所进行的热量和质量交换，计算环流的流速和流向。作为实例，对南黄海冷水团区进行了试验，结果表明，该方法合理、可行。     

辽东湾北部潮滩及浅海区泥沙运移趋势

本文根据多断面昼夜水文、泥沙观测,潮滩重复水准测量并借助~(210)Pb测年,分析了辽东湾北部潮滩和浅海区潮流及泥沙的分布和变化。结果表明:本区泥沙以纵向搬运为特征。双台子河口及西部来水来沙是东部沙洲和浅滩发育的主导因素。汛季大潮期,泥沙落淤在河口及附近浅海且泥沙自西向东运移;小潮期,泥沙除纵向扩散外(向东),存在净向海搬运。调查期滩面淤积强度自西向东减弱。高、中浓度泥沙浑位置与盐度梯度区的上部界面相符,多出现在25—30km以内的岸段(水深10—13m),30km以外泥沙骤减,海水亦由黄棕色变为兰绿色。     

二维浅水环流问题的一个有限元模型

许多学者早已把有限差分方法应用于二维浅水环流问题的计算上,其中有代表性的是Dronkers和Leendertse。这一方法存在着网格不能弯曲,适应性差和边界条件难于满足的缺点。 自1973年有限元方法开始应用于解二维浅水环流方程以来,为了能模拟准确和得到一个稳定的解,学者们研究了各式各样的数字模型,著名的有Norton和King,Wang     

基于SFF-W算法的潮滩边界提取研究

以上海市南汇潮滩为研究区域,利用2017年高分一号(GF-1)卫星的遥感影像数据为数据源,提出了基于超像素的快速聚类算法(SFFCM)与水边线法相结合的SFF-W模型,用于对潮滩边界进行提取分析.通过目视解译提取的潮滩区域与水边线法、SFFCM模型和SFF-W模型所提取的结果进行对比分析.结果表明,SFF-W模型在提取...     

浅海污染扩散的高精度数值模型

本文将ADI差分方法与紧凑格式相结合,对平流扩散方程进行数值处理,建立了浅海污染扩散的高精度数值模型.本模型将数值精度提高到四阶,从而有效地避免了数值弥散问题.由于采用隐显交替方向法,数值格式稳定且保持了差分方程组的三对角性质,计算过程简便.在理想条件下的数值试验结果与解析解的比较,说明了本文所建立的模型的精确性.利用北黄海倾废区域碱渣倾倒现场试验资料对本模型进行了实际验证.通过在渤海M₂分潮流场条件下的数值试验,揭示了污染云团在浅海中输移扩散的物理过程.     

浅海污染扩散的高精度数值模型

本文将ADI差分方法与紧凑格式相结合,对平流扩散方程进行数值处理,建立了浅海污染扩散的高精度数值模型。本模型将数值精度提高到四阶,从而有效地避免了数值弥散问题。由于采用隐显交替方向法,数值格式稳定且保持了差分方程组的三对角性质,计算过程简便。 在理想条件下的数值试验结果与解析解的比较,说明了本文所建立的模型的精确性。利用北黄海倾废区域碱渣倾倒现场试验资料对本模型进行了实际验证。通过在渤海M_2分潮流场条件下的数值试验,揭示了污染云团在浅海中输移扩散的物理过程。     

具有负跃层等深度浅海中的平均声强

海水中的声速分布常存在如图1所示的负梯度跃变层(简称负跃层或跃变层)。负跃层对声传播具有“屏蔽”作用:即若声源放在负跃层之上的某点处,则在负跃层之下且离声源较远的任意点处的声强极为微弱,反之亦然。这种负跃层的“屏蔽“作用常为潜艇的活动所利用,所以具有重要的战术意义。因此,找出具有负跃层浅海中的平均声强随距离的下降规律,不仅在理论上很有意义,而且是密切联系实际的重要课题。     

海底、海面的边界反射对浅海环境噪声场的影响

关于海洋噪声谱级的理论,测量和分析以及相应噪声源的机理探讨已经有大量的工作;例如Knudson^[6];EcKarf^[2];Weng^[10]和Piyyof^[7]的工作.文〔1〕采用分层介质中的传播算子,推广了EcKarf的工作,建立了一般情况下由源特性及传播算子所表达的噪声场表示.目前关于传播条件--在浅海中特别是海底的反射特性--对环境噪声场特性的影响还较少有具体的结果.     

三维浅海流体动力学模型的流速分解法

以一个差分-微分方程导出了含有局部惯性项的三维浅海流体动力学流速分解模型的公式,将水平流速分解成4个分量——梯度流、风海流、线性惯性流和非线性惯性流.各流速分量的无因次垂向剖面采用变分-有限元方法求解,并单纯组成了风暴潮位的抛物型方程,从而使模拟计算类似于超浅海风暴潮所用的方法.最后,基于上述流速分解方法对渤海风潮作了数值研究,比较了各种效应的影响,得到了一些有意义的结果.     

近岸浅海潮流数值模型及其应用

在Ｃａｓｕｌｌｉ提出的半隐式有限差分方法的基础上,通过改进底摩擦力公式以避免在超浅水域底摩擦项过大的缺点,对底摩擦项进行线性化处理以获得隐式效果,对平流项采用适当的差分格式以减小假扩散及对活动边界误差的传播,采用高效的迭代格式提高运算速度,建立适合于近岸浅海的潮流数值模型。该模型有良好的稳定性,计算时间步长不受ＣＦＬ条件的限制,在防城港的潮流模拟中,模型的验证结果良好。     

近岸浅海潮流数值模型及其应用

在Casulli提出的半隐式有限差分方法的基础上,通过改进底摩擦力公式以避免在超浅水域底摩擦项过大的缺点,对底摩擦项进行线性化处理以获得隐式效果,对平流项采用适当的差分格式以减小假扩散及对活动边界引入误差的传播,采用高效的选代格式提高运算速度,建立了适合于近岸浅海的潮流数值模型。该模型有良好的稳定性,计算时间步长不受CFL条件的限制。在防城港的潮流模拟中,模型的验证结果良好。     

潮滩含水量的临界光谱特性及反演模型研究

以江苏川东港东南侧潮滩为研究区,通过土样采集、粒径分析、光谱测量等手段,分析了土壤含水量与光谱的关系,针对潮滩土壤含水量与光谱的二维散点形态呈"V"型分布的特点,讨论了含水量临界值的求解方法。以临界值为界,建立了高、低含水量状态的反演模型,进一步建立了兼具高、低含水量状态的综合模型。结果表明:1)潮滩土壤含水量与光谱的二维散点形态呈"V"型分布,当含水量值小于临界值,含水量与光谱呈负相关关系;当含水量值大于临界值,含水量与光谱呈正相关关系,随着波长的增加,"V"型的凹度和深度逐渐增加。2)经求导计算,临界值为32%。3)以临界含水量为界,分为低含水量段与高含水量段,分别建立含水量反演模型,预测误差分别为3.396和2.410。4)以4个波段作为参量进行逐步分析可得到与含水量具有较好单一趋势关系的波段组合形式。所建模型可以用于获取潮滩土壤含水量的空间分布,能够为研究潮滩土壤含水量与潮滩地形地貌之间的关系提供数据支持。     

淤泥质潮滩沉积物含水量遥感反演模型研究

潮滩沉积物含水量是表征潮滩地物信息的一个重要特征量,它影响着遥感提取潮滩地物信息的准确性。利用含水量-反射率指数衰减模式建立单波段模型,同时参考4种植被指数的形式构建含水量指数,建立适用于潮滩环境的含水量反演波段组合模型,实现了沉积物含水量的遥感反演。研究结果显示:对反射率数据利用干土反射率进行归一化处理后构建的NEWCI(Normalized Enhanced Water Content Index)归一化增强型含水量指数模型的含水量反演效果最佳。在含水量结果中,除了砂类别反演的确定性系数R2为0.675以外,粉砂、砂质粉砂、粉砂质砂、粘土质粉砂等4种沉积物类型反演的确定性系数均在0.83以上;当不考虑沉积物类型时,NEWCI指数模型的反演精度也达到0.8,RMSE为0.059,表明NEWCI指数模型对沉积物类型不敏感,且能够保持较高的含水量模拟精度,因而适合潮滩沉积物含水量的大范围预测。其反演结果可在潮滩地物信息遥感反演时有效削弱水分的影响,进而提高地物信息提取的效率。     

风应力涡度和边界力对东中国海环流的效应

多年来,很多国内外学者对东中国海环流的机理进行了研究。近几年,奚盘根等(1980)和冯士筰等(1981)基于f-坐标系的风涡度—热盐梯度全流方程分别数值地模拟了冬、夏季东中国海环流。他们指出,控制东中国海环流主要因子是边界     

风应力涡度和边界力对东中国海环流的效应

多年来，很多国内外学者对东中国海环流的机理进行了研究。近几年，奚盘根等(1980)和冯士筰等(1981)基于f-坐标系的风涡度一热盐梯度全流方程分别数值地模拟了冬、夏季东中国海环流。他们指出，控制东中国海环流主要因子是边界力(黑潮)、热盐力和底形分布。袁耀初等(1982)也数值地模拟了东中国海环流结构，     

关于东中国海环流模型的探讨

在参考文献[1,2]中作者提出了一个非常简单的东中国海环流动力学模型。本文又依文献[3]的思路发展了一个更全面的模型。值得重视的是,根据上述两个不同模式进行计算,所得结果基本上是相同的,仅在细节上稍有差异。数值模拟结果与观测结果是吻合的,而且东中国海环流的动力学特征表明,边界力、水深和热盐效应控制着东中国海环流的型式,而风应力仅起次要作用。     

南中国海定常环流的一种模型

一、引言 南海是我国沿海最大最深的海域,中外学者曾作过一些研究。徐锡祯等用动力计算方法研究了南海的水平环流,首次给出了整个南海海域四个季度各层次的平均密度流图(如图2A、2B均引其动力计算结果)。该文给出的500米层(即中层)的环流与表层基本一致,并说明了南海环流有着较大的深度,至少在800米层的深度上,环流运动依然清晰可见。其动力计算的速度零面选为1200分巴。     

南中国海定常环流的一种模型

南海是我国沿海最大最深的海域，中外学者曾作过一些研究。徐锡祯等用动力计算方法研究了南海的水平环流，首次给出了整个南海海域四个季度各层次的平均密度流图(如图2A、2B均引其动力计算结果)。该文给出的500米层(即中层)的环流与表层基本一致，并说明了南海环流有着较大的深度，至少在800米层的深度上，环流运动依然清晰可见。其动力计算的速度零面选为1200分巴。