吞吐流量对湖泊流场结构影响的数值试验

本文利用EcoTaihu三维生态模型中的三维水动力学模型,开展了典型背景风场、多个吞吐流量条件下的湖流数值试验,分析比较流场达到稳定状态时。沿垂直方向平均流场随吞吐流量大小的变化特征。结果表明:随着吞吐流量的增加,湖泊垂向平均流场逐渐由受风生流控制转变成受吞吐流场控制,在此转变过程中存在临界吞吐流量值。当吞吐流量大小超过该值时,流场结构发生明显的改变,湖泊内小尺度的环流先消失,规模最大的环流最后消失;环流中流向和吞吐流流向一致的区域流速得到加强.而与吞吐流流向相反或差异较大的区域.流速先减小,后增加。风向和风速是影响临界吞吐流量值大小的主要因素。本文的研究结果对认识湖泊流场特征和了解物质在湖泊内的输移扩散具有重要意义,为合理规划引调水、准确预测水质、重建健康生态湖泊提供基础科学依据。     

垂向变化的波浪辐射应力影响下流场数值研究

采用浪流沙耦合模型COHEREN-SED模型进行黄河三角洲的海流三维运动数值模拟。文中将垂向平均的波浪辐射应力与垂向变化的波浪辐射应力引入至COHERENS-SED,通过该模型进行波浪辐射应力影响下的海流场演变数值研究。研究结果显示波浪辐射应力的存在显著改变了水深小于5m的流场。垂向变化的辐射应力则使得其表层波生沿岸流速大于传统的垂向均匀辐射应力引起的波生沿岸流速,底层则刚好相反。当波浪强度很大时,流场中的波生沿岸流对水深较浅的海岸区海流场影响较大。     

河口潮平均准稳态盐度解析模型

为了建立涵盖更多物理机制的河口潮平均盐度解析模型,更好地探究风对盐度纵向分布的影响,本文在MacCready河口潮平均准稳态盐度模型基础上进行了以下改进：在风作用的基础上,通过加入经过盐度分层作用修正的垂向紊动黏性系数垂向结构进行盐度分布的解析。以现有的改进模型计算不同风速风向下Delaware河口的盐水上溯距离、Ri值、紊流边界层厚度和断面盐通量分布的结果可以发现：对于离岸风,当风速增强,上溯距离、Ri值和断面盐通量都是先增大后减小,边界层厚度不断增加;对于向岸风,当风速增强,上溯距离、Ri值和断面盐通量都是不断减小,边界层厚度不断增加。风对河口垂向平均盐度纵向分布的影响主要体现在张力效应和垂向紊动混合两个方面改变离散盐通量大小,从而直接影响盐度纵向分布。     

太湖台风风暴流准三维数值模拟的应用

本文应用丁氏圆形台风模式，建立了太湖台风风暴流场的准三维数值模式，模型考虑了垂向涡粘系数沿水深变化和动量方程的修正，在对9711号（Winnie)台风影响下太湖各站水位验证的基础上，对太湖台风风暴流场进行了模拟计算。结果表明，该模式可对湖泊的台风风暴流进行复演和预测计算。从预测研究的角度看，基于台风模式的湖泊台风风暴流计算模式更有价值。     

太湖梅梁湾三维水动力学的研究：I.模型的建立及结果分析

建立了一个太湖梅梁湾三维水动力学模型,模拟了梅梁湾的水平及垂直流场分布,结果表明：（１）表面流场与风向一致,而底层流场与表面流场的方向完全相反,表现为很明显的补偿流;（２）水平流速基本上自表层而下递减,过渡层的流速比表层和底层小;（３）在风场的作用下可产生垂直环流系统,其中的东南风的作用下产生逆时针的垂直环流（由南向北看）,而在西北风的作用下产生顺时针垂直环流;（４）垂直速度自岸边向湖中心递减,其     

太湖梅梁湾三维水动力学的研究──Ⅰ.模型的建立及结果分析

建立了一个太湖梅梁湾三线水动力学模型,模拟了框架湾的水平及垂直流场分布。结果表明：（1）表面流场与风向一致,而底层流场与表面流场的方向完全相反,表现为很明显的补偿流;（2）水平流速基本上自表层向下递减,过渡层的流速比表层和底层小;（3）在风场的作用下可产生垂直环流系统,其中在东南风的作用下产生逆时针的垂直环流（由南向北看）,而在西北风的作用下产生顺时针垂直环流;（4）垂直速度自岸边向湖中心递减,其量级远小于水平流速。     

SWAN模型模拟风浪场侧边界失真范围研究

鉴于SWAN模型存在着不能有效地模拟固壁边界附近风浪场的缺点,即在边界附近所模拟的波要素存在失真的现象,研究了在不同水深、风速和风向情况下模型侧边界附近波要素的失真范围,并对计算结果进行了详细的分析。结果表明水深、风速和风向对于侧边界附近波要素的失真范围具有不同的影响,即在风速一定的情况下,失真范围随着水深的增大而增大;水深一定的情况下,失真范围随着风速的增大而减小、随着风向的增大而增大。在利用SWAN模型模拟计算近岸或内陆湖泊风浪场时,必须采取适当的措施以减少实际计算域侧边界附近计算结果的失真范围。     

一种改进的HYCOM模式垂向坐标分层方法和模拟试验

针对22层的HYCOM海洋模式的不足,本文根据北太平洋位势密度的时空分布特征,建立了一种28层的垂向分层方法,并比较了28层HYCOM模式与22层HYCOM模式在积分过程中能量的变化,以及表层流场和赤道断面流系的模拟效果。结果显示:在模式积分过程中,本文采用的28层垂向坐标模式比传统22层模式对强迫场的响应更快,对动能的摄入更大,并且更加容易达到稳定状态;对于流场的刻画,28层模式对赤道表层流系和赤道潜流相比22层模式有明显改进。     

南海上层流场对Frankic(9606)强热带风暴响应的数值计算

本文用一个三维、自由表面、斜压海洋模式计算了南海上层流场对Frankic(9606)强热带风暴的响应。结果表明：南海表层流场对Frankic的响应时间在1d之内，其流场结构与气旋型风场的对应十分吻合；表层以下流场对Frankic的响应时间随深度的增加而加大：Frankic经过的海域，海面起伏有不同程度的抬高。     

利用SWAN模型计算的侧边界附近风浪场的变化特征

鉴于SWAN模型不能有效地模拟侧边界附近的风浪场,详细研究了在不同水深和风速情况下模型侧边界附近波要素,包括波高、周期、波向和波长的变化特征和失真范围。计算结果表明水深和风速的变化对于侧边界附近不同波要素的影响是不同的。在风速一定的情况下,失真范围随着水深的增大而增大。在水深一定的情况下,根据波高、周期和波长的相对误差所计算的失真范围与根据他们的绝对误差所计算的失真范围不同。随着风速的增大,根据相对误差所计算的失真范围减小;而根据绝对误差所计算的失真范围变化不大。随着风速的增大,波向的失真范围减小。研究了在水深变化的水域,包括太湖和淀山湖在内的侧边界附近的风浪场,结果表明如果计算范围不适当扩大确实会导致侧边界附近的风浪场失真。因此在利用SWAN模型模拟计算近岸或内陆湖泊风浪场时,需采取适当的措施以减小计算误差。     

定常风场和吞吐流对乌梁素海流场的影响

风场和吞吐流是浅水湖泊运动的主要驱动力,影响着湖区污染物的迁移转化.基于二维非结构网格,构建了乌梁素海水动力模型.通过对比定常风作用下湖流的方向、环流的分布及形式与无风条件下的区别,模拟不同算例吞吐流作用下湖区流速及环流结构的差异,探究了定常风和吞吐流对乌梁素海流场的影响.结果表明:乌梁素海在无风条件下出现大面积的滞流...     

白洋淀水循环特点及其对生态环境的影响

在理想假设下,利用MITgcm模式研究了风对白洋淀内水体循环流动的影响。研究指出:(1)风应力可看作是水体循环的主要驱动力;(2)在风应力的作用下,水体表层的流动主方向与风的方向一致,下层水体的流动方向与表层方向相逆或近似相逆;(3)表层以下水体流动复杂,次表层水平流动有明显的双漩涡结构;(4)淀底地形对水体垂向流动影响很大,垂向速度变化复杂,垂向上有双涡流动现象,靠近岸边多有上升流和下降流;(5)淀内水体流动沿着水平和垂向两个方向流动,在冬季和夏季流向相反。在分析以上流动特点的基础上,讨论了流动对各个不同子区域的生态环境可能造成的影响:I区域是一个相对独立的水体区域,该区域内的水体污染物自成系统,与外界交换较少。而对A、B、C、D四个区域内的污染物分布等要统一考虑,四个区域内的水体交换,可看作是一个统一的整体。E、F区域内的水体流动受到上述A、B、C、D四区内双涡流动的影响,但在这两个区域靠近岸边有强烈的上升流和下降流,有可能使得污染物的分布更加复杂。G、H水深很浅,水流速度缓慢,受到污染后污染物不易扩散。     

太湖大浦口湖区湖流特征分析

湖流是造成湖泊污染扩散,泥沙起动与输移等过程的主要动力学因素。构成湖水运动的物理机制很杂。风将其部分能量传给湖水,湖水在湖盆形态因素制约下,在吸收风能的同时,产生摩擦流。在派生力场,水位压力梯度场的作用下,形成风波流及补偿流。另外,由于湖水定振振荡而引起的波流也是重要形式。湖泊中以密度流和吞吐流形式存在的流场一般较弱。本文所分析的湖流,实为各种形式湖流的合成流。     

Wind forced circulation and sediment disturbance in a temperate lake

Meteorological forcing on the surface of a lake can generate mixing and transport processes that alter water quality. This study examined how meteorological forcing affected water currents in Lake Rotorua—a large, shallow, temperate, polymictic lake—during a period of sustained vertical mixing and strong winds. Acoustic Doppler current profiler (ADCP) measurements were recorded at two sites and a hydrodynamic model (ELCOM) was used to simulate water movement over the period of ADCP measurements. Model simulations show circulation patterns in Lake Rotorua are strongly influenced by the topography of the lake and, to a lesser extent, the catchment, with little variation in currents with depth during winter mixing. Northeasterly winds produced a clockwise circulation around the mid-lake island with a second anticlockwise gyre between the island and the western shore. This circulation pattern is consistent with topographic gyres found in other large lakes. A shift to a weaker southwesterly wind caused these circulation patterns to reverse direction over a period of c. 6?h, with a weak secondary gyre also occurring within the main anticlockwise circulation. The effect of this circulation pattern on the resuspension of sediment and thus potential in-lake phosphorus control strategies is considered.     

滆湖北部人工地形重塑下风浪场变化研究

风浪是影响浅水湖泊物理生境环境重要的水动力要素之一。基于滆湖实测风浪数据, 建立了滆湖风浪模型, 验证结果表明模型可以较好模拟滆湖风浪随风场变化情况。在此基础上开展滆湖北部水域在人工地形重塑工程实施后的风浪变化情况分析。结果表明, 不同季节盛行风下, 风浪强度和湖底扰动强度均有一定程度的衰减, 这有利于水体透明度和水底光照条件的改善。风浪强度的衰减使得具有有利于水生植物生长与发育风浪条件的水域面积显著扩增。人工地形重塑的实施, 有利于滆湖北部水域水生植被物理生境环境改善, 从而为滆湖北部水域水生植被的修复提供较好的环境支撑, 也为其他浅水湖泊地形重塑工程的实施提供借鉴。     

风影响夏季长江冲淡水扩展的数值模拟研究

基于EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)数值模式建立了长江口及其邻近海域的三维水动力学模型,用于研究风对夏季长江冲淡水扩展的影响。基于实测资料的验证结果表明,模型能够比较真实的反映潮汐、海流、温度和盐度的变化过程。敏感性试验的结果显示,风对夏季长江冲淡水的扩展有着非常显著的影响。在Ekman输送的作用下,长江冲淡水将向风向的右侧扩展。5 m/s风速下,东风、东南风、南风和西南风4个风向下的冲淡水明显向外海扩展,而西风、西北风、北风和东北风下的冲淡水都被限制在近岸水域。Ekman输送的强度随风速增强而增强,冲淡水向风向右侧的扩展也越来越明显。舌轴区因为层结明显,湍流活动相对较弱,对风能量的耗散相对较小,所以相同的风速增量对舌轴区表层水的加速作用最强,这导致更多的淡水经由舌轴区输送,使得淡水舌宽度随风速的增加而变窄。对长江口海域表面风的气候统计分析表明,上述数值试验结果能够很好的解释气候态下长江冲淡水扩展方向与表面风变化的关系。     

日本琵琶湖的水动力三维数值模拟

在笛卡尔坐标下，运用流体水动力学的方法，并在前人观测资料的基础上建立了一个三维水动力数值模式，并对日本琵琶湖风生流进行了数值模拟。结果表明，在５ｍ／ｓ的东南风、西南风、东北风作用下，湖的北端均有气旋式环流出现，在５ｍ／ｓ西北风作用下，湖的北端有反气旋式环流出现。在各种方向风速驱动下，中、低层场或形成与表层一致的环流型，或呈现明显的垂直切变。     

太湖水温模型和气象参数对水温的影响

建立了一个太湖水温数值模型,模拟太湖平均水温的日变化过程。应用本模式和由太湖气象水文数据自动采集系统测得的资料(1990年9月26—27日)分析了气温、湿度和风速对水温的影响。由计算和数值试验结果看出,本模式较好地模拟出了选定的两天中水温变化过程;随着空气温度的增加,水温线性增加;在空气相对湿度较大或风速较小时,它们的变化对水温有较大的影响。     

基于选定风浪方向谱的海浪模拟方法(英文)

简要回顾当前第三代海浪模式中的困难。为避开这些困难,作者提出一种新的海浪模拟方法,其中特定定义的风浪组成波依常风下随时间成长的方向谱计算,而涌浪组成波藉考虑涡动黏性和底摩擦加以计算。并进行了常风场和变风场下系统的数值试验。在常风速情形中,模拟结果能精确地化为建立模拟所根据的谱和风浪成长关系。计算显示出台风中心附近浪场的极端复杂的谱结构。当风速骤然降低时,模拟的波高减小与观测符合。在风向逐渐或骤然改变情形下,计算的时间响应尺度与海上观测符合,而且演化中的二维谱结构得到良好刻画。对于涌浪在无风下的传播,模拟结果合理,包括波参量及谱结构的变化。后报得到的波高、周期和海上资料符合。与第三代模式相比,文中提出的方法较易改进,需用的计算机时间显著减少。最后讨论采用一个已知谱来建立谱形式的海浪预报模型的合理性以及有关的问题。