海洋底边界层中实测海流的垂直分布I. 余流边界层

海底以上 1— 2m水层的海流垂直分布和变化 ,对于海底泥沙运动和海洋工程设计具有十分重要的意义。迄今为止 ,研究者分别从实测资料、实验室实验和理论等方面对底边界层中稳定流动的垂直分布进行了研究 ,其结果均难以直接满足工程需要。本文基于现有的理论和实验结果 ,发展了现有海底边界层理论 ,运用把稳定流的底Ekman层与对数层相配匹的方法确定了实测余流的垂直分布 ,并给出了在渤海石油平台区的应用实例。结果表明 ,本文给出的原理和方法在应用中与实测结果符合良好 ,可以直接满足工程需要     

海洋底边界层中实测海流的垂直分布Ⅱ·潮流边界层

为了满足海洋工程设计的需要,作者从理论上研究了海底以上1－2m处潮流边界层的结构。把传统上用于稳定海流的底Ekman层理论发展成为用于潮流运动的振荡Ekman边界层,给出了潮流Ekman方程的解析解[式（32）－（35）],提出了对数边界层中潮流运动的方程组（式4－8）及其约束条件（式48）,并给出了潮流Ekman层与潮流对数边界层的匹配条件（式43）,还给出了计算浅海潮流垂直分布的解析表达式（36）－（39）。     

地转动量近似条件下的海-气边界层动力学特性

本文把海洋和大气边界层分为三层,利用地转动量近似的方法,考虑了大气的斜压性、层结和非线性效应,解析地给出了无限深海洋和大气边界层速度的垂直分布,并得出了在非线性情况下大气和海洋埃克曼抽吸速度,分析了它们与经典埃克曼解的差异性,揭示了海洋和大气相互作用的性质.同时,也得到了海面风和海面风应力的诊断关系.     

海底边界层水流结构及底移质搬运研究进展

海底边界层包括从底底至受其显著影响的水体之间的水层厚度,对海底动力过程,尤其是沉积物搬运及近海底化学物质输运有重要影响,不同的水动力（潮流、波浪及浪流共同作用）形成完全不同的边界层。边界层厚度与水流周期有关,但目前对其理解及计算公式并不统一,边界层内的流带分布与摩阻流速的床底糙率有关,目前已经发展了多种估算这两个参数的方法,对于边界层内的沉积物搬运率的计算,关键在于弄清沉积物在边界层内的沉降、起动     

一种三次多项式湍黏性底边界层的流场分布

本文通过假定底边界层湍黏性的三次多项式参数化形式,基于简化的Navier–Stokes方程,并利用超几何方程的性质,推导出了湍流粗糙底边界层的速度解析解。同时,得到了底边界层内其他的动力参数,如底剪应力、Ekman传输、Ekman抽吸及近底部速度分布场,从理论上讨论了均匀混合底边界层特征量分布特征。通过数值结果分析,进一步得出底边界层的总速度、亏损速度及其剪应力受平均流的角频率和地球自转影响比较大;而底边界层的动力结构对于底边界层顶部粗糙度不敏感。该涡黏性模式从理论上丰富了底边界层涡黏性的形式,为底边界层的动力系统研究提供了借鉴和理论参考。     

台风期间厦门湾潮流边界层特征研究

本文基于2007年8月圣帕台风影响台湾海峡期间的厦门湾垂向海流流速剖面观测资料,运用Karman-Prandtl模型统计和分析了流速对数剖面的出现频率和边界层参数（摩阻流速与粗糙长度）．结果表明流速剖面满足对数分布出现频率都超过50％,但进行内部一致性原则分析后,流速剖面满足对数分布情况均不足30％．造成流速剖面偏离对数分布的因素主要有：台风、径流、流速加减速、水体分层、底床结构、海底悬沙浓度等等．台风期间的摩阻流速和粗糙长度都大于非台风期间的数值．     

波浪作用下直立堤前床面边界层内传质速度

本文研究立波作用下的层流、紊流边界层内的流速和传质速度,并采用谱法将传质速度推广到不规则波情况.根据实验与计算分析,研究了床面边界层内传质速度在堤前冲刷中的应用.研究结果表明,在传质速度的峰值附近形成底沙的冲刷坑;由于不规则波作用下堤前传质速度的峰值沿程递减,因此相应冲刷坑的深度沿程减少.     

海底边界层沉积物再悬浮的研究进展

海床沉积物受海洋水体的影响形成海底边界层(Bottom Boundary Layers,BBLs)。上部海水与下部沉积物在BBLs发生着复杂的相互作用,直接影响海底沉积物侵蚀、再悬浮与堆积过程。与此同时,沉积物颗粒可能携带的污染物解析释放,BBLs研究的科学意义与工程应用价值日益突显。海底边界层的范围已经远远超出了传统的流体力学中边界层的范围,而是海床界面上下一定范围内,水流与海床相互作用的区域。在波浪作用下BBLs沉积物以海床剪切破坏、海床液化破坏及震荡体破坏三种破坏模式发生侵蚀再悬浮。此外,海流、风暴潮、人类活动以及海底生物的扰动作用等对沉积物再悬浮起着不可忽视的作用。BBLs沉积物再悬浮原位观测是研究BBLs沉积物再悬浮最基础也是最重要的手段之一,常用的原位测试手段有水体采样、OBS、激光粒度仪、ADCP/ADV以及电法测量。海底悬沙和底沙的交换程度直接影响底层悬沙浓度的变化,沉积物再悬浮的定量分析成为海洋沉积过程研究的主要内容之一。系统地总结前人的研究成果,重点围绕海底边界层理论、海底沉积物再悬浮的影响因素、沉积物再悬浮的原位观测以及海底沉积物再悬浮的定量分析等几个问题进行综合评述。     

珠江河口底边界层Taylor假设检验

通过三台ADV对珠江河口伶仃洋底边界层的Taylor假设进行了检验。实验结果表明:1)当平均流速大于0.1 m/s时,相距8 cm的两台ADV之间的空间相关系数和时间相关系数基本满足相等关系,表明Taylor假设在河口底边界层具有一定的合理性;2)空间相关系数的变化反映了湍涡最大相关尺度的变化。对于距底20 cm的底边界层湍涡,其最大相关尺度的临界值约为12 cm。超出该范围后,湍涡将不再具有相关性。     

一个台风海面风场的数值模式及其后报检验

本文建立了一个用于台风海面风场后报的数值模式,并给出了用于实际台风海面风场后报时求解上述模式的全过程,首先根据边界层风速垂直分布特点,对贴地面摩擦应力使用平均风进行参数化,进而导出边界层平均风动力学方程,对上述动力学方程积分到一准稳态,得到边界层平均风分布;再使用Monin-Obkhov相似理论,将平均风换算到10m高度,从而得到10m高度风场.对3个台风过程,给出了10m高度风场和浪场的数值后报结果.海浪同实测的结果比较表明,该风场模式的结果在实测点的后报风与实测风较一致,两者相关系数为0.95左右,台风影响测点时,极值误差均在2m/s以内,平均误差范围约10%;后报风向与实测风向的平均绝对值误差为20°,将该后报风场模式用于海浪数值后报也得到了满意的结果,后报波高与实测波高的相关系数约为0.95,最大有效波高和跨零周期的实测值与后报值相差符合得很好.这些结果均表明本文提出的风场模式是合理的,并且适用于强海况的数值计算.     

ABSS的研制及其观测水中悬沙含量的实验研究

为了声遥测浅海海底边界层上悬浮泥沙含量及其垂直分布，研制了声反向散射系统作为实验样机，介绍了该系统的设计原理及水中悬沙含量与其反向散射关系的实验研究。并分析了实验结果。     

海底边界层沉积物再悬浮的研究进展北大核心CSCD

海床沉积物受海洋水体的影响形成海底边界层(Bottom Boundary Layers,BBLs)。上部海水与下部沉积物在BBLs发生着复杂的相互作用,直接影响海底沉积物侵蚀、再悬浮与堆积过程。与此同时,沉积物颗粒可能携带的污染物解析释放,BBLs研究的科学意义与工程应用价值日益突显。海底边界层的范围已经远远超出了传统的流体力学中边界层的范围,而是海床界面上下一定范围内,水流与海床相互作用的区域。在波浪作用下BBLs沉积物以海床剪切破坏、海床液化破坏及震荡体破坏三种破坏模式发生侵蚀再悬浮。此外,海流、风暴潮、人类活动以及海底生物的扰动作用等对沉积物再悬浮起着不可忽视的作用。BBLs沉积物再悬浮原位观测是研究BBLs沉积物再悬浮最基础也是最重要的手段之一,常用的原位测试手段有水体采样、OBS、激光粒度仪、ADCP/ADV以及电法测量。海底悬沙和底沙的交换程度直接影响底层悬沙浓度的变化,沉积物再悬浮的定量分析成为海洋沉积过程研究的主要内容之一。系统地总结前人的研究成果,重点围绕海底边界层理论、海底沉积物再悬浮的影响因素、沉积物再悬浮的原位观测以及海底沉积物再悬浮的定量分析等几个问题进行综合评述。     

海底边界层溶解氧通量原位观测技术方法研究

海底边界层是溶质和悬浮颗粒物在海床与水体间交换的重要场所,也是沉积物质的主要成岩作用区,对海洋、湖泊有着重要的生物、化学、地质学意义。底栖溶解氧消耗速率是评估早期碳矿化作用的重要指示剂,也是研究元素循环周转的重要指标。溶解氧通量原位监测技术是获取底栖溶解氧消耗速率、了解化学物质输运机制,进而研究底栖生态系统、环境污染影响、生物地球化学进程的重要手段。针对传统溶解氧观测方法在效率和准确度上的局限性,介绍了目前底边界层原位氧通量测量技术的发展现状,对包括底栖培养室、微电极剖面、涡动相关技术和平面光极系统在内的观测特点进行了对比分析,讨论了各自的不足与局限,提出了今后需要关注的改进方向。     

海气边界层监测系统设计

介绍了以RS-485为控制总线的海气边界层监测系统设计.通过RS-485总线,监控主机与数据变送器和智能传感器可以直接进行通信,简化了系统结构,实现了系统测量节点的分散控制和集中管理.给出了系统主控制板的硬件组成框图,描述了硬件设计原理和通讯协议设计,给出了主程序流程图.经过实际应用表明,该系统具有安装使用方便,可靠性...     

简单海-气边界层模式中的埃克曼流动Ⅱ——有限深海的情形

本文是文献[3]研究工作的继续。利用文献[3]中所用的海-气边界层模式,重点考虑海深和底坡的影响,将该文的研究成果直接推广到有限深海的情形,和无限深海情形下所获得的相应结果进行比较,简洁地阐明两者的异同,并就海底摩擦以及浅海风暴潮的估值和导致风暴潮的发生和发展的大气强迫力作一简短讨论。     

重力信息反演海底地形的非线性影响研究分析

基于Paker理论导纳函数模型,研究分析了频率域海底地形非线性项对重力异常与重力异常垂直梯度贡献的量级。通过对日本某海域数值实验结果表明,频率域海底地形非线性项对重力异常的影响需要考虑到三次项,对重力异常垂直梯度量级的影响需要考虑到四次项。研究结果对于提高利用重力异常和重力异常垂直梯度反演高精度海底地形具有应用价值。     

根据流速剖面估计海底粗糙长度的研究

由于底床的摩擦作用,河口海岸近底层的水体流动与远离海底上层的水体流动产生很大的差别,形成重要的底边界层。在近底层由于水层与床面有频繁的物质交换,所以研究河口海岸边界层对水流、泥沙、温度、盐度垂向混合、底沙运动等物质过程有着重要的作用。底床粗糙度是研究河口海岸沉积物运移和水流结构的重要因素,它由颗粒粗糙度、底形粗糙度和推移质输沙粗糙度组成。目前还没有一个经验公式来计算底床粗糙度,但是在无波浪的情况下粗糙度可以通过拟合流速的对数分布(卡门-普朗特公式)来求得。利用对数拟合方法必须满足两个条件:一是必须测量近海底三个层面以上的流速,二是测得的流速剖面必须满足对数分布。     

海底山脊作用下内孤立波破碎研究

基于实验室水槽实验,研究了内孤立波在海底山脊地形存在下的破碎过程。实验设置了两层流体的分层环境,定量地控制了上下层水体厚度及密度,使用不同高度的高斯地形模拟实际的海山作用,讨论了不同高度地形作用下内孤立波破碎过程的异同。实验结果表明,内孤立波的破碎过程中由于逆压梯度的存在,在地形处发生边界层分离,产生了底边界层反向射流和涡脱落现象,计算了内孤立波破碎过程中产生的底部切应力的分布。本文通过实验模拟了内孤立波再海山作用下的破碎过程,进一步探究了海山对内孤立波破碎的影响和底部切应力的作用,对于研究自然界中海洋内孤立波在海山区域的破碎现象有参考价值。     

Mellor-Yamada模型在波浪边界层中的运用

利用Mellor-Yamada 2.5阶封闭格式建立一维垂线波浪边界层数学模型,利用有限元方法求解,模拟线性波作用下的层流边界层和乔治沙洲南侧海岸一侧点的波浪边界层流速分布,并同理论或其他的计算方法进行比较,结果显示该模型具有较高的精度,能广泛运用于波浪边界层的研究中。     

海岸地区边界层风及其输送扩散特性的观测研究

本文介绍了渤海湾秦皇岛地区实施的一次测试研究。以观测事实的分析为基础,着重对海岸环境的风特性、局地环流现象、内边界层和PBL结构及各种特征参数作了研究,得出一些规律性结果。发现局地海风自08:00开始发展,逐渐增厚向上发展并可维持到18:00开始减弱并转换。平均海风厚度层达300—500m,平均风速2.8m/s。热内边界层高度有实验关系 h_θ(x)=69.2((ΔT·R·x)/(?))~(-1/2)。文中还给出湍流特征量U_*,T_*,R_i,L和扩散系数K_z的计算结果。这些基本观测结果和参数为进一步的实际应用,提供必要模式参数和实验依据。