伶仃洋河口横向环流

横向环流存在于大多数河口中,在河口的动量平衡和物质输运过程中起着重要的作用,其形成的机制众多。本文利用三维水动力模型EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code),结合1989年和2002年的实测数据对伶仃洋河口进行研究,得到了伶仃洋河口在洪季和枯季时期不同的水动力和盐度分布结构。在文中选取了具有代表性的两个断面,针对洪枯季、大小潮以及涨落潮等不同时期的横向流结构和盐度剖面分布特点进行比较和分析。结果显示,受局地的径、潮流条件和地形约束影响,横向环流结构并不能充分形成,在不同的区域表现出截然不同的结构特点。伶仃洋河口横向环流主要是在径、潮流与地形三者之间的相互作用下形成的,不同的区域的形成机制存在差异。综合分析后,本文认为伶仃洋河口的横向环流在该区域的动力过程中相对较为次要。     

长江河口盐淡水混合的数值模拟计算

建立了河口三维非线性斜压潮流盐度数学模型，数学模型中的水平压强梯度分为水位梯度的正压项和密度变化的斜压项，以反映河口盐淡水混合中的斜压现象。采用欧拉－拉格朗日法离散潮流运动方程中的对流项和盐度扩散方程，以提高计算稳定性和数值模拟精度，提出盐度边界条件，初始条件以及盐度场计算稳定标准的设置方法，针对长江河口水域的盐淡水混合情况进行模拟计算，结果反映了部分混合型河口盐度分布特征，表明所建立的河口三维非线性斜压潮流盐度数学模型能够较好地模拟长江河口盐淡水混合的时空分布。     

长江河口北槽弯道环流的涡度研究

基于ADCP走航观测得到长江河口北槽弯道附近3个横向断面(AD3、AD5和AD6)的流速资料,采用涡度方法,本文计算、分析了弯道环流与混合在垂直横向上的时空分布、影响因素及其重要性。3个横向断面上均存在由不规则界面分开的二层结构的横向环流。半拉格朗日余流的计算结果显示:(1)小潮期间,AD3、AD5和AD6断面呈现表层向海、底层向陆的纵向环状半拉格朗日余流;大潮期间,呈现表、底层均向海的纵向半拉格朗日余流;(2)小潮期间,AD3断面呈现表层向北导堤、底层向南导堤的横向环状半拉格朗日余流;大潮期间,AD3断面中间区域呈现表层向北导堤、底层向南导堤的、而断面两端区域则呈现表层向南导堤、底层向北导堤的横向环状半拉格朗日余流;(3)小、大潮期间,横向断面AD5和AD6均呈现表层向北导堤、底层向南导堤的横向环状半拉格朗日余流;(4)"纵向半拉格朗日余流"在–0.2—0.7m/s;横向半拉格朗日余流"在–0.15—0.2m/s;(5)纵向半拉格朗日余流在横向上有明显变化。对弯道环流的进一步分析表明:(1)斜压梯度、内部摩擦致混合和底部摩擦致混合这三项各自的纵向分量是驱动纵向环流形成的主要因素,"纵向动量的横向重新分布项"次之,离心力和地转的影响可忽略;(2)横向斜压梯度和内部摩擦致混合项是驱动横向环流形成的主要因素,离心力、地转和底部摩擦致混合次之;(3)横向环流可能通过"纵向动量的横向重新分布项"减弱纵向动量,从而可能减弱纵向环流。     

对流扩散方程欧拉──拉格朗日方法的B─样条插值格式

利用Ｂ－样条函数．文中发展了一个对流扩散方程欧拉－拉格朗日方法的插值格式．改善了其数值频散性。算例表明，此格式优于一次和二次插值格式。文中给出了Ｂ－样条插值格式的二维及三维推广。     

黄、东海环流的数值研究 IV--斜压环流的诊断计算

基于黄、东海Lagrange环流数值模型,对黄、东海Lagrange斜压环流进行了诊断计算.采用流速分解法将Lagrange流速分解为梯度流、风海流、潮致余流、热盐环流、零阶环流耦合流5种分量,实现三维计算的准二维化.计算结果较成功地模拟了冬夏两季黄、东海Lagrange 环流,表明密度环流在冬、夏季均是东海环流的重要分量,可显著增强了东海黑潮、东海黑潮、台湾暖流和对马暖流;在夏季还是黄海环流的主要分量.     

黄、东海环流的数值研究Ⅳ——斜压环流的诊断计算

基于黄、东海Lagrange环流数值模型 ,对黄、东海Lagrange斜压环流进行了诊断计算。采用流速分解法将La grange流速分解为梯度流、风海流、潮致余流、热盐环流、零阶环流耦合流 5种分量 ,实现三维计算的准二维化。计算结果较成功地模拟了冬夏两季黄、东海Lagrange环流 ,表明密度环流在冬、夏季均是东海环流的重要分量 ,可显著增强了东海黑潮、东海黑潮、台湾暖流和对马暖流 ;在夏季还是黄海环流的主要分量。     

人类活动对珠江伶仃洋余环流结构的影响研究：以洪季小潮为例

近20 a来,受高强度人类活动影响,珠江伶仃洋滩槽已发生远超自然过程的异变,其河口动力结构必然发生响应,影响物质输运过程。本研究利用三维水动力数值模型,探讨了伶仃洋河口小潮期余环流结构的变化特征及原因。结果表明：近20 a来伶仃洋底层余流强度提高,沿深槽上溯时向中滩偏转,易引起泥沙汇聚于此。中滩存在表层向西,底层向东的横向余环流结构,主要由非线性对流项和科氏力项驱动。中滩大规模采砂后引起对流项变化,造成余环流结构东移,表、底层余流增强,可加快表底层物质交换。西槽内存在表层向海、底层向陆的纵向余环流结构,主要由正压和斜压梯度力驱动。受浚深影响,向陆斜压梯度力和非线性对流项均增强,引起表层余流减小22%,而底层增大24%,这将削弱小潮期西槽内水体交换能力,即减慢物质输出,易造成西槽淤积、水环境恶化等影响。研究成果对研究人类活动干扰下的河口余环流结构及物质输运响应具有一定借鉴意义。     

莱州湾夏季环流垂向结构及其影响机制的研究

完善莱州湾三维环流结构,对进一步认识莱州湾海域的物质输运和生态环境保护具有重要科学意义,但前人对于莱州湾环流三维结构的研究相对较少。本文基于一套高分辨率的海洋数值模式,从三维角度研究了莱州湾夏季8月份环流的气候态特征及其影响机制。数值研究表明,莱州湾夏季环流垂向结构呈现双层环流特征,其中在跨等深线方向,环流的双层结构环流特征比较显著且存在显著的密度锋面结构。动量诊断的结果进一步表明,这种双层结构环流的形成与底层密度锋面所导致的斜压梯度力密切相关。此外,通过量化温盐场对于密度锋面的贡献,本文证实了温度梯度是莱州湾顶的密度锋面的主要影响因素,其对斜压梯度力的贡献占比达到99%,而盐度梯度对于莱州湾中部区域的密度锋面十分重要,对斜压梯度力的贡献占比达到58%,这与夏季黄河所带来的淡水通量密切相关。     

黄、东海环流的数值研究Ⅰ. 黄、东海环流的数值模型

首先依据拉格朗日环流理论与黄、东海的环流物理和几何特征建立一个黄、东海环流的动力学统一模型 ,并按其无因次方程的量阶分析获得其零阶和一阶模型方程。最后依此模型方程的数学、物理特征确立了流速分解方案 ,从而形成完整的黄、东海拉格朗日环流数值模型。该课题组已完成较系统地对黄、东海环流的数值研究。该篇论文为系列报道之首篇。     

基于ALE方法的航行器跨介质冲击载荷研究

为了探究航行器在跨介质过程中的动力学响应,基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法建立航行器跨介质数值计算模型,仿真分析了不同初始参数对航行器跨介质冲击载荷的影响规律,给出了最大冲击载荷与跨介质速度与跨介质角度之前的函数关系.研究结果可为航行器跨介质弹道及结构设计提供参考.     

渤海三维潮余流的数值计算(英文)

作者根据冯士筰的三维弱非线性理论,计算了渤海三维潮致拉格朗日余流,其中包括由冯等人引进的作为二阶量的拉格朗日漂移椭圆。文中不仅给出了三维结果,也给出了深度平均的结果,最后还与实际图象进行了比较。     

赤道海洋波致Lagrange余流的弱非线性动力学模型及其解

基于一个连续层化赤道海洋波动的弱非线性动力学系统,推导并建立了由最低阶Ｌａｇｒａｎｇｅ余流体现的包含波致、风生等效应在内的热带海洋余环流基本方程组,经分析发现,零阶赤道以动自身的非线性耦合可产生一阶余流,其量级对于热带上层海洋准定常环流而言是不可忽略的。波致环流的产生紧缩联系于Ｌａｇｒａｎｇｅ轨迹运动与波流的非线性耦合效应,所导出的最低阶赤道波致Ｌａｇｒａｎｇｅ余 一般解具有与零阶波动不同的垂直与     

利用拉格朗日方法探究黑潮近岸分支流在2019年春季的起源深度

基于ROMS (regional ocean modelling system)模式模拟出2019年春季东海以及临近海域的环流结构和温盐分布。利用拉格朗日方法定量地研究了2019年春季黑潮近岸分支流在台湾以东起源的深度在100—450 m范围内,平均深度约260 m。通过针对台湾海峡流和台湾以东黑潮强度的敏感性实验,进一步得出结论,增大(减小)的台湾以东黑潮流速会减小(增大)黑潮近岸分支流的强度。而增大(减小)的台湾海峡流流速会增大(减小)黑潮近岸分支流的强度。同时,增大(减小)的台湾以东黑潮流会减小(增大)黑潮近岸分支流起源的平均深度。增大(减小)的台湾海峡流流速也会减小(增大)黑潮近岸分支流起源的平均深度。相关结论可为台湾东北黑潮入侵东海变化规律的研究提供参考。     

现场海域水平扩散系数的探讨 Ⅱ．黄河三角洲埕北海域的计算

根据Ｔａｙｌｏｒ的湍流扩散理论和Ｈａｙ、Ｐａｓｑｕｉｌｌ提出的拉格朗日流和欧拉流的相关函数的相似性，用黄河三角洲埕北海域的实测资料，按四种不同方案计算出该海域的水平扩散系数和谱密度分布。指出：该海区潮流扩散系数主要受潮流的影响，其分布特征与潮流的分布基本一致，所求的水平扩散系数主要是由周期性的潮运动给予潮流扰动所致。方案４是通过富氏变换滤波消去了周期性潮流扰动，本方案计算的水平扩散系数是由周期为６ｈ以下的小尺度涡提供能量。     

现场海域水平扩散系数的探讨

根据Taylor的扩散理论,按Hay和Pasquill的拉格朗日流与欧拉流自相关函数相似的假定,用实测的长序列欧拉流资料,计算了不同时间尺度的水平扩散系数。     

沿岸海区冬季垂直环流及其温盐结构的数值研究 Ⅰ.环流的基本特征

为了揭示沿岸海区冬季垂直环流及其温盐结构的分布特征和变化规律，利用三维斜压流体动力学模型，对具有岸界坡度变化、河流入海、海湾、岛屿和海槽的理想海区冬季的垂直环流及其温盐结构进行了数值模拟。其环流的数值结果表明，冬季沿岸海区的垂直环流普遍呈逆时针流动。在近表层为向岸流，沿岸为下降流，近表层以下为离岸流；近表层以下的离岸流在外海有明显的上升趋势；沿岸下降流自表层至底层逐渐由强变弱；就整个海区而言，随着自南往北海区水深的逐渐变浅和岸界地形坡度的由大变小，其沿岸下降流则由强变弱。     

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。     

ElNio夏季太平洋上空垂直环流特征及我国汛期降水

本文利用NCAR(美国国家大气研究中心)1976年太平洋各层风场资料,计算了0°—50°N,105°E—110°W范围内,7月850hPa,700hPa,500hPa,300hPa,250hPa和200hPa各层上的垂直运动,并与叶笃正等所作的太平洋上空夏季平均环流特征作比较得出:(1)常年Walker环流明显,而E1 Ni(?)o发生年热带西太平洋上升运动减弱,东太平洋空气下沉区变成了强上升区,Walker环流下沉区东移至110°W以东;(2)常年热带西太平洋Hadley环流不明显,沿160°E以东Hadley环流越来越清楚,呈向东递增的趋势,而E1 Ni(?)o年Hadley环流东西变化甚为复杂,Hadley环流的上升支并不在赤道附近,而移至10°N左右,明显较常年偏北,Hadley环流也变成自热带向副热带倾斜的环流圈;(3)E1 Ni(?)o发生年,夏季以淮河为中心的空气上升区变成下沉区,而37°N以北的华北地区仍是上升区,华北多雨,所以出现Ⅰ型降水。     

春季南沙群岛海区环流结构的探讨

根据春季在南沙群岛海区2个航次的调查资料,利用P矢量方法对流场进行计算。结果表明,春季从加里曼丹岛至巴拉望岛以西附近海区的上层流场基本表现为反气旋性弯曲(涡),南沙群岛海区北部的深层水大体呈偏东向流动;2个航次得到的海区温、盐和流场的空间分布变化十分明显,这可能与调查期间风场的差异有关;2个航次的结果都表明春季巴拉巴克海峡水交换的流量都较小。     

江苏辐射沙洲水道垂线平均余流的计算与分析

根据辐射沙洲邻近主水道和中心沙洲滩面水道33个站次的准同步实测潮流资料, 计算了各站位垂线平均欧拉余流、斯托克斯余流、拉格朗日余流, 并分别进行了逐站位的分析和比较.各站位斯托克斯余流相对较小, 在水道口门处斯托克斯余流较大, 余流流向大都沿涨潮流向, 豆腐渣腰门水道及其以东站位的斯托克斯余流则大致沿落潮流向.欧拉余流和拉格朗日余流大小和流向基本一致.研究海域存在着半封闭的顺时针方向的海水净输移.西洋水道和条鱼港水道是辐射沙洲中心腹地的净进水通道, 而豆腐渣腰门水道、陈家坞槽水道、外王家槽水道、苦水洋海域水道则是净出水通道.