渤、黄、东海底摩擦系数的研究

本文将伴随法用于渤、黄、东海M2分潮的数值模拟,利用Topex／Poseidon高度计资料进行同化,优化海底摩擦系数。文中对底摩擦系数取常数时进行了优化,同时还对底摩擦系数的一种新的处理方法进行了研究,即在计算海区选取一些点给定底摩擦系数,海区中任意一点的底摩擦系数由这些点的底摩擦系数线性播值得到,优化后得到空间分布的底摩擦系数。针对两种不同的线性底摩擦假设分别进行了一系列的实际实验,结果表明由空间分布的底摩擦系数得到的模拟值比底摩擦系数取常数得到的模拟值更接近观测值,能有效地提高数值模拟的精度。     

利用伴随同化方法估计渤海潮汐模式的底摩擦系数

利用伴随同化方法，根据岸边潮位站的水位观测资料反演渤海二维非线性潮汐模型的底摩擦系数。计算结果与潮位站观测资料符合良好。结果表明利用伴随同化方法从岸边潮位观测资料估计潮汐模式的底摩擦系数是可行的。     

考虑底摩擦的波浪折射计算

本文用考虑底摩擦的折射模式计算了浅水中波高和波向分布。作为一个例子,根据不同的摩擦系数和不同的边界条件计算了一种简单海底地形的折射系数、衰减系数和折射角,所得结果与不考虑底摩擦的折射模式结果进行比较,发展它们之间存在一些差异,表明在浅水中底摩擦对波高有一定影响。     

渤、黄、东海潮汐开边界的1种反演方法

潮汐潮流数值模拟中的 1个主要难点在于开边界条件的确定。本文采用伴随方法 ,利用渤、黄、东海的 64个验潮站资料 (潮汐调和常数 ) ,通过反演渤、黄、东海的开边界条件 ,来实现渤、黄、东海 M2 潮波的数值模拟。为了取得较好的数值模拟结果 ,同时对给定的底摩擦系数进行校正 ,计算出调和常数的模拟值与实测值之差的绝对平均值 :振幅差为 4 .0 cm,迟角差为 2 .5°。实验结果较好地体现了渤、黄、东海 M2 潮波的特征。     

南黄海典型站位底栖动物粒径谱及其应用

建立了南黄海冷水团区域4个站位的正态化生物量粒径谱,运用连续模型计算出底栖动物群落的平均次级生产力为1.79g dwt.m-2.a-1,耗氧量为0.082 3mmol.m-2.h-1。结果表明,群落次级生产力和耗氧量之间具有相同的变化趋势,且都与正态化生物量粒径谱截距呈正相关,而与斜率无明显关系。小型底栖动物次级生产力和群落耗氧量与大型底栖动物相比没有显著差异。与固定P/B系数法计算的小型底栖动物次级生产力相比,利用正态化生物量粒径谱和连续模型计算的底栖动物群落次级生产力更为可靠。利用正态化生物量粒径谱和连续模型可以得到可信的底栖群落耗氧量结果。     

浅水波浪变形数学模型与淤泥质海岸底摩擦系数的确定

波浪是主要的海岸动力因素之一。港口及海岸工程多位于浅水区,工程的规划设计工作需要确定相应的浅水波要素。根据历史天气图推算所得的常是深水处的波要素或波浪观测点是位于不同的水深处,所以需要进行浅水波浪要素的推算。本文选择的浅水波浪变形数学模型考虑了波浪在浅水区传播过程由于水深变化而引起波浪折射和由于底摩擦波能损耗而引起波高衰减。本模型假设波动为线性简谐波。波浪在浅水区传播过程由于底部摩擦,沿程波能逐渐衰减。因此当波浪在浅水中传播距离较长时要考虑底摩擦波能损耗的影响。本文引用连云港-16米和-5米深浅水同步观测的波浪资料,进行了确定淤泥质海岸底摩擦系数的研究工作。对于采用H～T组合进行计算建议取底摩擦系数f=0.01。     

黄河口邻近海域底栖动物粒径谱研究

首次建立了黄河口邻近海域4个站位底栖动物生物量粒径谱和标准化生物量粒径谱。生物量粒径谱模式为三峰模式,3峰分别由海洋线虫,其他小型底栖动物类群和大型底栖动物形成。研究站位标准化粒径谱斜率变化范围为-0.859至-0.664,截距为15.035至16.331,与东、黄海和南黄海研究结果一致,可有效地指示营养输入状况和总生物量。同时,需要指出的是截距对总生物量的指示作用需注意粒级选择的一致性。利用粒径谱方法计算了底栖动物次级生产力,结果显示,研究站位平均次级生产力为6.717 g.DW.m-2a-1,大型底栖动物次级生产力为4.509 g.DW.m-2a-1,小型底栖动物次级生产力为2.208 g.DW.m-2a-1。粒径谱方法计算结果与其他次级生产力计算方法基本一致。与其他方法相比,该方法更加简便,可避免因对生物特性的把握不准而引起的计算误差。     

南海潮汐的伴随同化数值模拟

把利用正交潮响应方法对 2 4 8个周期超过 6年的南中国海的TOPEX/Poseidon卫星高度计资料进行潮波分析提取的沿轨分潮调和常数同化到二维非线性潮汐数值模式中去 ,优化模型中的开边界条件和底摩擦系数 ,模拟了南海m1 和M2 分潮的潮汐。所用的同化方法是伴随同化。根据计算结果给出了m1 和M2 分潮的同潮图。计算结果与 5 9个验潮站资料的比较结果是 :m1 分潮的振幅和迟角的平均绝对误差分别是 4.8cm和 8.7°;M2 分潮的振幅和迟角的平均绝对误差分别是 4.3cm和 1 1 .0°,表明计算结果与验潮站资料符合良好。研究结果表明 ,利用伴随同化方法把TOPEX/Poseidon资料同化到潮汐数值模式中去对模式进行校正是有效的     

黄海、渤海TOPEX/Poseidon高度计资料潮汐伴随同化

首先将大约10a的TOPEX/Poseidon(T/P)高度计资料沿星下轨迹点做潮汐调和分析,提取得到各分潮的调和常数,利用伴随同化方法,同化到二维非线性潮汐数值模式中,模拟了黄海、渤海区域M₂,S₂,O₁,K₁等4个潮汐分潮,并根据计算结果给出了各分潮的同潮图.将计算值与观测值的进行偏差统计,结果表明计算值与验潮站资料符合良好.研究过程中做了两类试验:一类试验是针对不同的参数进行优化,一类试验是针对不同的资料进行同化.第一类试验表明:将开边界条件和底摩擦系数同时作为模型优化的控制参数,其结果明显优于单独优化开边界条件;第二类试验表明:同时同化高度计资料与验潮站资料,比单独同化其中任一种资料,对模式计算结果都有较好的改进.研究结果表明,采用伴随同化方法,利用T/P高度计资料和验潮站资料作为同化数据能有效改进模拟结果,用来反演黄海、渤海的潮波系统是可行的.     

用广义随底坐标海洋模式研究南海2000年夏季环流

基于2000年8月在南海调查航次得到的水文资料,首次采用广义随底坐标形式的改进POM模式对南海夏季环流进行了数值研究.用正交曲线性水平网格覆盖观测区域,在垂向上对近表海面层次采用近似z坐标,而近底层则为随底坐标.在计算海区实际地形及假设的水平均匀而垂直层化的密度分布下,实施的两个数值计算试验表明,本模式采用的垂直坐标方案比传统的σ坐标方案优越,随底坐标模式因压力梯度项在起伏地形下产生的系统计算误差将变得十分的微小.在南海2000年夏季环流的实际计算中,首先对观测资料进行了60d的诊断计算,然后在诊断已得到的动力场结果基础上,又进行了10d左右的预报运行得到半诊断结果.从计算结果来看,它依赖于参数C_vis与C_dif的选择,特别是参数C_vis,文中取值为C_vis=C_dif=008.比较诊断与半诊断两个计算过程的结果,它们在定性上较为一致,在定量上有些差别.这是因为半诊断计算的方法对密度场作适当的动力调整,使其与地形、风场等更加匹配.在大尺度环流结构不受影响的情况下,尽可能地消除了小尺度噪声,可使计算得到的流场更为清晰.2000年8月南海计算区域环流的最大特点是多涡结构,其中有些反气旋暖涡和气旋式冷涡相间分布.在越南东南海域自表层至1000m水层稳定存在着一个显著的反气旋暖涡,其中心位置在11°51'N,112°07'E(诊断计算),水平尺度约为300km.此暖涡以东存在一个气旋式冷涡,这两个冷、暖涡是研究海区夏季环流的重要环流特征之一.在计算区域东北部夏季环流以反气旋环流系统为主;在计算区域东南部夏季环流以气旋系统为主;南海夏季环流分布,明显出现西部强化特征.     

全纯函数的RiemannHilbert边值问题

讨论了多圆柱区域上边界仅为Ｈｏｌｄｅｒ连续函数时的全纯函数的Ｒｉｅｍ ａｎｎＨｉｌｂｅｒｔ边值问题。借助于多复变函数的理论,给出了上述边值问题可解的充要条件及较完整的解的表达式     

一类退化椭圆型方程的边值问题解的存在性及唯一性

运用逼近理论及矩阵理论证明 :如果一类退化椭圆型方程在非退化边界上满足第三边界条件 ,在退化边界上满足给定微商值 ,那么它的解是存在且唯一的。     

利用空中球面边值问题确定似大地水准面

针对航空重力向下延拓计算过程中的不稳定性,提出了扰动位空中球面边值问题,以航空重力测量数据作为扰动位在空中球面上满足的边值条件,得到扰动位空中球面边值问题,在球外部即为经典的球外边值问题,但对于球内直到地面则没有封闭的解析形式,给出了空中球面球内到地面区域的级数解,对于认识空中重力测量数据向下延拓特征和实际应用具有参考意义。利用地面实测数据计算结果表明,对于1km航高的测量数据,一阶解可满足厘米级高程异常的解算精度。     

Scaled Boundary Finite Element Analysis of Wave Passing A Submerged Breakwater

The scaled boundary finite element method （SBFEM） is a novel semi-analytical technique combining the advantage of the finite element method （FEM） and the boundary element method （BEM） with its unique properties. In this paper, the SBFEM is used for computing wave passing submerged breakwaters, and the reflection coeffcient and transmission coefficient are given for the case of wave passing by a rectangular submerged breakwater, a rigid submerged barrier breakwater and a trapezium submerged breakwater in a constant water depth. The results are compared with the analytical solution and experimental results. Good agreement is obtained. Through comparison with the results using the dual boundary element method （DBEM）, it is found that the SBFEM can obtain higher accuracy with fewer elements. Many submerged breakwaters with different dimensions are computed by the SBFEM, and the changing character of the reflection coeffcient and the transmission coefficient are given in the current study.     

海上桶基平台基础边界条件的简化方法与结构优化

海上桶型基础平台采用桶型基础这一新型的基础型式,桶基平台在结构强度校核计算和结构优化中必须考虑其有限元分析模型的基础边界条件简化问题。本文提出了桶基平台有限元分析模型中的基础边界条件简化方法,将桶型基础边界简化为位移弹簧边界元,给出了弹簧刚度的计算方法。通过模型试验与本文提出方法的计算结果的比较,证明本文提出的方法是正确的。同时,将本文提出的方法应用于桶基火炬平台的结构优化,表明该方法是实际可行的并且对于桶基平台的结构强度校核计算与结构优化有重要意义。对于桶基火炬平台的结构优化采用了适合离散变量优化求解的遗传算法,优化的结果有效地降低了结构重量,降低了工程造价。     

正压冲固平台结构分析中基础边界条件的影响

正压冲固平台是一种采用短桩加固基础的新型海洋采油平台,对于这种新型的平台结构,在结构分析和构件强度校核中必须考虑其有限元模型的基础边界条件处理问题。本文提出了正压冲固平台有限元计算模型中基础边界条件的一种简化方法,将两个水平方向的扭转自由度简化为扭转弹簧边界元,其余自由度简化为固定约束。通过计算分析得到了不同的边界约束刚度系数的取值对平台总体位移和强度校核应力的影响及变化趋势。结论是,平台结构对约束刚度系数K的反应在10^4～10^4之间时比较明显,对K的敏感度最为强烈：在此范围之外,平台反应分别接近于简支约束情况和刚性约束情况。尤其对于接近约束边界的单元,其应力变化最敏感。     

Boundary layer approach in the modeling of breaking solitary wave runup

The boundary layer is very important in the relation between wave motion and bed stress, such as sediment transport. It is a known fact that bed stress behavior is highly influenced by the boundary layer beneath the waves. Specifically, the boundary layer underneath wave runup is difficult to assess and thus, it has not yet been widely discussed, although its importance is significant. In this study, the shallow water equation (SWE) prediction of wave motion is improved by being coupled with the k–ω model, as opposed to the conventional empirical method, to approximate bed stress. Subsequently, the First Order Center Scheme and Monotonic Upstream Scheme of Conservation Laws (FORCE MUSCL), which is a finite volume shock-capturing scheme, is applied to extend the SWE range for breaking wave simulation. The proposed simultaneous coupling method (SCM) assumes the depth-averaged velocity from the SWE is equivalent to free stream velocity. In turn, free stream velocity is used to calculate a pressure gradient, which is then used by the k–ω model to approximate bed stress. Finally, this approximation is applied to the momentum equation in the SWE. Two experimental cases will be used to verify the SCM by comparing runup height, surface fluctuation, bed stress, and turbulent intensity values. The SCM shows good comparison to experimental data for all before-mentioned parameters. Further analysis shows that the wave Reynolds number increases as the wave propagates and that the turbulence behavior in the boundary layer gradually changes, such as the increase of turbulent intensity.     

A Corrected Solid Boundary Treatment Method for Smoothed Particle Hydrodynamics

Smoothed Particle Hydrodynamics method (SPH) has a good adaptability for simulating of free surface flow problems. However, there are some shortcomings of SPH which are still in open discussion. This paper presents a corrected solid boundary handling method for weakly compressible SPH. This improved method is very helpful for numerical stability and pressure distribution. Compared with other solid boundary handling methods, this corrected method is simpler for virtual ghost particle interpolation and the ghost particle evaluation relationship is clearer. Several numerical tests are given, like dam breaking, solitary wave impact and sloshing tank waves. The results show that the corrected solid boundary processing method can recover the spurious oscillations of pressure distribution when simulating the problems with complex geometry boundary.     

近岸二维海流数值计算方法若干问题的研究和应用

就二维浅水流体动力方程应用物理意义明确的有限体积法，收敛快而稳定的五对角全隐格式，以及嵌套、变步长的网格和动边界技术，进行二维海流场的数值计算，并研究了开边界为斜断面的定解条件的数值方法和开边界上断面各点水位的计算方法。最后把本数值方法应用于某海岸工程的可行性研究，并验证了这种海流数值计算方法的合理性。     

Application of Line Boundary Technique to 2D Tidal Current Simulation

To deal with the problems concerning the shore boundary,moving boundary and engineeringboundary which are encountered frequently in 2D tidal current simulation by the finite difference method,theconcept of line boundary is introduced and studied here,and then the line boundary technique in common useis proposed in this paper.Analysis of some calculation cases shows that this technique is practical,effective,and simple in 2D tidal current simulation involving different boundaries.