风暴潮模拟中潮位对风拖曳力系数的影响研究

近年来,应用数值模型模拟台风引起的风暴潮运动越来越普遍,模型中对于风拖曳力系数的确定,一般都从相对风速出发,可引用的公式也较多,但这些公式很少考虑潮位变化对此系数的影响.在强潮河口、海岸海域,潮位变幅大,最高潮位甚至可达风速参考高度(10m)的近一半,如长江口和杭州湾.在数值模拟中不考虑风暴潮和天文潮共同引起的潮位变化,会造成风应力高潮时被低估、低潮时被高估的现象,从而影响风暴潮模拟的精度.为此本文对现有的风拖曳力系数加以改进,提出了考虑潮位影响的风拖曳力系数表达式,并应用于长江口、杭州湾9711号台风风暴潮的模拟中,增水模拟结果得到了明显改善,可进一步推广应用于强潮河口、海岸的风暴潮增水模拟中.     

多参数拖曳荧光计系统现场实验研究

本文描述了多参数拖曳荧光计系统在船模水池和海上进行拖体水动力特性试验,得出：在１０ｋｎ以内的任意拖曳速度均能水平稳定拖曳,而纵倾角≤±２　的拖点位置;拖索张力Ｔ与拖体速度　之间的关系为Ｔ＝４７十３１．８　２．０８;拖曳速度为１０ｋｎ时,水动迫沉力约为９５０ｋｇｆ,升阻比约为２．４～２．５,满足了拖曳系统的迫沉要求。海上性能试验与应用实验表明：该拖曳系统的荧光传感器对水体、荧光示踪染料、悬浮颗粒物具有很高的分辨率;对罗丹明Ｂ水溶液的浓度检测范围为１×１０－７～１×１０－３ｍｇ／ｄｍ３;对悬浮物的浓度检测范围为２～２０００ｍｇ／ｄｍ３,使该系统广泛地用于海洋环境检测和评价工程任务中。     

水下沉积物流速度特征及对管状结构物拖曳力试验研究

沉积物流是海底沉积物运移的重要载体,高速的沉积物流会冲击海底结构物并导致其损坏,其中拖曳力通常被认为是结构物破坏的主要因素,因此研究结构物在不同沉积物流流速下的拖曳力具有重要意义.本文采用可调坡度平直水槽对结构物进行冲击试验并对所配粘土组分的沉积物流进行流变测试,分析结果表明,当坡度一定时,存在一个临界沉积物流浓度,使...     

SWAN模型中不同风拖曳力系数对风浪模拟的影响

本文以荷兰哈灵水道海域为实验区域,通过敏感性实验,研究了在14 m/s、31.5 m/s和50 m/s（分别代表一般大风、强热带风暴和强台风的极端条件）定常风速下SWAN模型中不同风拖曳力系数对风浪模拟的影响程度。结果表明,对于近岸浅水区域（水深小于20 m）,风拖曳力系数计算方案的选择对有效波高影响较小,而且当风速增加到一定程度后,波浪破碎成为影响波高值的主要因素;对于深水区域（水深大于30 m）,一般大风条件下风拖曳力系数计算方案的选择对有效波高影响仍然较小,随着风速的继续增大,风拖曳力系数计算方案的选择对有效波高的影响逐渐显著。对于平均周期,风拖曳力系数计算方案的选择和风速的改变对其影响均较小,而由水深变浅导致的波浪破碎对其影响较为显著。根据敏感性实验结果,本文对SWAN模型中风拖曳力系数计算方案的选择做出如下建议:计算近岸浅水区域风浪场或深水区域一般大风条件风浪场时,其风拖曳力系数可以直接采用模型默认选项;而对于深水区域更大风速条件,可首先采用模型默认选项试算,然后结合当地海域实测波浪资料进行修正。     

引入拖曳系数参数化的海冰自由漂流模拟研究

Many interesting characteristics of sea ice drift depend on the atmospheric drag coefficient(C_a) and oceanic drag coefficient(C_w).Parameterizations of drag coefficients rather than constant values provide us a way to look insight into the dependence of these characteristics on sea ice conditions.In the present study,the parameterized ice drag coefficients are included into a free-drift sea ice dynamic model,and the wind factor α and the deflection angle θ between sea ice drift and wind velocity as well as the ratio of C_a to C_w are studied to investigate their dependence on the impact factors such as local drag coefficients,floe and ridge geometry.The results reveal that in an idealized steady ocean,C_a/C_w increases obviously with the increasing ice concentration for small ice floes in the marginal ice zone,while it remains at a steady level(0.2-0.25) for large floes in the central ice zone.The wind factor α increases rapidly at first and approaches a steady level of 0.018 when A is greater than 20%.And the deflection angle θ drops rapidly from an initial value of approximate 80° and decreases slowly as A is greater than20%without a steady level like α.The values of these parameters agree well with the previously reported observations in Arctic.The ridging intensity is an important parameter to determine the dominant contribution of the ratio of skin friction drag coefficient(C_s' /C_s) and the ratio of ridge form drag coefficient(C_r'/C_r) to the value of C_a/C_w,α,and θ,because of the dominance of ridge form drag for large ridging intensity and skin friction for small ridging intensity among the total drag forces.Parameterization of sea ice drag coefficients has the potential to be embedded into ice dynamic models to better account for the variability of sea ice in the transient Arctic Ocean.     

海面风应力拖曳系数参数化方案对风暴潮数值模拟的影响

为了比较不同的海面风应力拖曳系数参数化方案在风暴潮数值模拟中的效果,采用9种不同的风应力拖曳系数参数化方案对湛江附近海域15个热带气旋风暴潮进行数值模拟.模拟结果表明,不同风应力拖曳系数参数化方案对热带气旋风暴潮增水最大值的数值模拟效果不完全相同,在风暴潮数值模拟中要选择合适的风应力拖曳系数参数化方案;文中Smith(...     

风浪状态对海面拖曳系数的影响

通过对四种参数化方法的比较,认为风海雷诺数RB较风速、波龄和波陡能更好地描述拖曳系数CDN。利用分组平均法对CDN与RB关系进行处理,得到最佳的CDN参数化方案。利用COARE3算法测试了四种依赖海况的粗糙长度,与实测结果进行了比较,结果表明CDN与RB的关系式更真实地反映了海-气界面动量交换过程。     

用于海洋探测的多参数拖曳荧光计系统

本文论述了作者研制成功的拖曳荧光计系统。该系统的荧光传感器采用了光源调制和信号同步解调技术,同时在受光器上采用了专用遮光导水暗盒及弯曲导水管,确保荧光传感器在探测体积内水体及时交换,并能有效地消除海中太阳光的影响。系统能在任一日光强度下从海表层至８０ｍ水深任一深度,走航拖曳速度在２～１０ｋｎ内平稳地水平工作。该拖曳体内安装有荧光传感器、温度传感器、深度传感器和多路传输电子线路装置。通过一根直径为１４ｍｍ的电源／信号传输七蕊铠装电缆将拖曳体与手摇绞车及船上控制器、数据采集、记录显示器连接在一起,可以同时测量光学和水文参数,这些数据为０～５Ｖ模拟电压量输出。该系统进行了多次水池和海上现场实验及应用,达到了预期设计目标。并且借助于荧光示踪染料完成了多处海区的水体混合扩散测量实验任务,建立了实验观测方法。本文还介绍了该系统的构造、现场测量实验数据和应用     

风应力拖曳系数选取对风暴潮数值模拟的影响

在风暴潮的形成中风应力起决定性作用 ,风应力拖曳系数决定了大气与海洋间的动量传输率。观测结果表明 ,风应力拖曳系数随风速而变化 ,与海面粗糙度有关。文中采用几种与风速有关的风应力拖曳系数表达式进行数值模拟 ,与将其视为常数情况相比较 ,计算结果的精度均有较明显提高。对比各表达式模拟结果 ,采用 Smith(1980 )风应力拖曳系数公式的模拟效果为最好     

刚性植物分布方式对海啸波消减影响实验研究

在理论分析的基础上通过物理模型实验探究了刚性植物分布方式对海啸波消减的影响。实验中借助孤立波模拟海啸波,分析了矩形、交错、组合三类分布方式下孤立波沿程波高、透射系数以及拖曳力系数的变化情况。结果表明,植物分布密度相等时,孤立波在矩形和组合分布植物模型前的壅高均大于交错分布植物模型。同时,植物分布密度一定时,分布方式将对植物消波产生影响,且植物间横向间距L2比纵向间距L1的影响更大。在雷诺数2000≤Rep≤4000且体积分数小于或等于0.331的条件下,各植物模型的拖曳力系数随植物分布密度的增大而增大。     

锥体冰力的实验研究

通过冰力模型试验,研究了锥体冰力的特征和锥间距对冰力的影响。试验发现冰在正-倒锥交界线上的破坏为挤压破坏;根据试验数据给出了冰在双锥前的非同时破坏系数。     

浮冰界面融化速率参数化方案的实验室研究

融冰季节时天然浮冰表面、底面和侧向融化共存,三者融化速率是底面大于侧向,侧向大于表面。而且浮冰尺寸越小,侧向速率占比越高。为了解决将小尺度浮冰块尺度指标计入融化参数化方案,在低温环境实验室无辐射、无流速、控制气温和水温条件下对天然海冰和人工冻结淡水冰的圆盘试样,开展了不同初始水温和不同初始直径的圆盘试样融化过程实验,获得了圆盘试样直径、厚度和质量融化过程。依据这些实验数据,构建试样直径厚度比这一新指标,通过物理分析和数学统计手段,建立了海冰和淡水冰试样表面、底面融化速率同温度梯度,侧向融化速率和温差以及直径厚度比的关系式。这些关系式能够应用于天然直径100 m范围内浮冰的融化参数化方案,期望能解决北冰洋海冰和入海口近岸淡水冰夏季融化季节能量和质量平衡数值模拟的需求。     

冰和直立结构相互作用的静冰力可靠性分析

我国渤海每年约有3个月的结冰期,冰与海洋结构的相互作用远较波浪为甚,因此有必要进行冰与海洋结构相互作用的可靠性分析.首先,采用热力学的方法根据每年实测的环境参数对海冰平整冰厚进行数值模拟计算,然后根据计算结果对不同重现期的极值冰厚采用极值统计法给出了极值分布,并与其他文献作比较.其次,以应变速率为海冰强度的主要影响参数,给出了海冰强度的概率分布.最后,以Schwarz公式为静冰力计算公式,结合得到的冰厚和冰强度的概率分布,采用映射变换法进行不同重现期静冰力的可靠度分析计算,并用蒙特卡罗重点抽样法进行模拟.     

约束冰层温度膨胀力的研究

由水冻结成冰的相变过程中体积会膨胀;冰在升温过程中体积也会膨胀.本文讨论的是后者.海冰与海中固定式结构、防波堤、护岸等相互接触,这些结构物形成了冰的约束边界.当外界环境温度(主要是气温)发生变化时,冰的温度场也发生变化,从而引起冰的应变,产生温度应力,并对结构产生温度膨胀力.冰温度膨胀力要受约束边界的形状、约束体的刚度、冰层的相对厚度、温升率、应变率等多种因素的影响.     

Nonlinear random wave-induced drag force on a vegetation field

This paper provides a practical method by which the drag force on a vegetation field beneath nonlinear random waves can be estimated. This is achieved by using a simple drag formula together with an empirical drag coefficient given by Mendez et al. (Mendez, F.J., Losada, I.J., Losada, M.A., 1999. Hydrodynamics induced by wind waves in a vegetation field. J. Geophys. Res. 104 (C8), 18383–18396). Effects of nonlinear waves are included by using Stokes second order wave theory where the basic harmonic motion is assumed to be a stationary Gaussian narrow–band random process. An example of calculation is also presented.     

Wave-induced drag force on vegetation under shoaling random waves

This paper provides a practical method for estimating the drag force on a vegetation field in shoaling conditions beneath non-breaking and breaking random waves. This is achieved by using a simple drag formula based on two empirical drag coefficients given by Méndez et al. (1999) and Méndez and Losada (2004), respectively, in conjunction with a stochastic approach. Here the waves are assumed to be a stationary narrow-band random process and propagating in shallow waters. The effects of shoaling and breaking waves are included by adopting the Méndez et al. (2004) wave height distribution. Results are presented and discussed for different slopes, and an example of calculation is also provided to demonstrate the application of the method.     

海冰弯曲强度及其破坏过程的试验研究

为确定海冰温度、卤水体积等因素对海冰弯曲强度的影响,本文对辽东湾东岸海域的平整冰进行了现场取样,并在试验机压头加载速率为0.1 mm/s的情况下进行了三点弯曲试验.试验结果表明,海冰试样在-35～-5 ℃温度范围内呈现出三种不同的破坏模式,主要表现为海冰弯曲断裂时裂纹形状的差异.当温度在-15～-10℃之间时,海冰试样...     

The sheltering effect of the Balearic Islands in the hindcast wave field

The sheltering effect of the Balearic Islands in the hindcast wave field was studied for typical Mediterranean wave situations of Llevant, Tramuntana and Mestral and for mild conditions such as the Garbí and Ponent winds. For this purpose, a third generation wave model was applied to the Mediterranean Sea and different patterns of the sheltered areas were found for the various representative situations depending on the wind variability and on the magnitude of the wind speed. From the analysis it was concluded that the sheltered zones created during storms generally persist for short periods of time of the order of 6 h, possibly reaching a maximum of 12 h. In contrast with earlier results obtained for swell dominated ocean areas, it was observed that in this area, due to the short fetches the sea states are mainly local wind seas and thus the wave field behind the islands depends on the local wind.     

Lateral ice force acting on a vertical cylinder

Ｌａｔｅｒａｌｉｃｅｆｏｒｃｅａｃｔｉｎｇｏｎａｖｅｒｔｉｃａｌｃｙｌｉｎｄｅｒ￥ＳｈｉＱｉｎｇｚｅｎｇａｎｄＣｈｅｎＸｉｎｇ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＮａｖａｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅ...