深海锚泊浮标的二阶动力分析

计算了规则波上深海锚泊浮标的运动响应和锚泊线的动力响应。在对浮标的二阶漂移力计算时考虑了锚系的影响,并将浮标平均漂移的计算结果与不考虑锚系影响的结果进行了比较。本文计算所用浮标为单点系泊浮标,锚链由不同重量的分段组成。     

仅考虑铅直湍流的海流流速计算及予报的研究

本文在仅考虑铅直湍流的情况下,提出一种计算海流流速及予报海流流速的理论及方法。是在海流基本上是由海洋内部密度分布及海面风力和气压作用下形成的认识下,依据一定的事实,先行确定水平压强梯度力及铅直湍流动力粘滞系量,而后计算定常恒速海流及予报海流流速的。在建立海流流速予报方程解时,除了要求得流速随时间变化的解,尚需求得海水密度随时间变化的解。在海水密度随时间的变化予知的情况下,即可依据予知的风速及降水、蒸发差等随时间的变化,予报海流。曾对东中国海黑潮流系进行了定常恒速水平流速的计算。     

海流流速计算的研究

由于大范围同步连续观测海流流速很困难,这才产生建立一定的理论及方法认真计算海流流速的要求.可是,过去沿用至今的动力计算[1],方法虽简便,但只能计算因密度分布所生的梯度流(或地转流),且存在着既不考虑风力,又不顾及湍流摩擦力,再加无运动面难以确定,即令设法作出浅海订正,其结果又往往与事实不符等根本性缺陷;而如籍Ekman漂流理论计算海流,又仅能计算因风所生的漂流,且还存在着既不考虑海水密度分布,又视海面无倾斜,再加湍流动力粘滞系量难以确定等与实际相差较远的理论依据.近代兴起的一些海流数值计算,又往往都局限于全流或深度平均流速的计算.因此,建立一种既考虑到海洋内部海水分布,又考虑到海面风力外加海面大气压力作用,顾及到海洋中湍流摩擦力,又体现流速随深度变化,而更重要的是应用起来简易的计算海流流速的理论及方法,便成为很需要解决的问题了.     

定常沿岸有限深海的风海流

研究沿岸风海流的一个重大困难是确定海面坡度。因为海面坡度所满足的相当复杂的微分积分方程,一般只能求数值解。 Hidaka(1954)的著名工作只计算了无限深海的情况。李心铭(1965)的工作虽然进一步包含了有限深海情况,但没有考虑海面坡度的影响,这显然是不完整的。Garvine(1971)从物理意义考虑,作了一系列近似处理后得到了一些重要结果。而本文利用     

风浪状态对海面粗糙度影响

风浪状态参数常用于对海面粗糙度的参数化。中等风速条件下考虑风浪状态参数影响的海面粗糙度参数化方案常存在自相关效应,本文通过分析实测数据得到了无量纲粗糙度随波陡变化的参数化方案,该方案能够有效去除自相关效应;高风速下风浪状态对海面粗糙度仍存在影响,文中基于新得出的中等风速下的海面粗糙度参数化方案,考虑海面飞沫悬浮层的影响,建立了适用于高风速条件下的海面粗糙度参数化方案,该海面粗糙度方案同样考虑了波陡的作用,将该方案计算出的理论值与实测数据进行比对,发现随着波陡的变化,理论值基本涉及测量值的覆盖范围,说明新建立的高风速条件下海面粗糙度方案对海面风浪状态具有较好的敏感性,且该方案能够较合理地描述海气界面之间动量传输。将新提出的适用于高风速下的海面粗糙度方案加入到海浪数值模式中,模拟飓风Ivan产生的台风浪,利用浮标数据进行验证,结果显示模拟的有效波高相对模式默认方案具有较高的精度,说明采用本文新建立的适合高风速的海面粗糙度方案能够改进海浪模式的台风浪有效波高模拟结果。     

TY01和O02两种海面空气动力粗糙度方案的比较

本文采用美国国家浮标站(44008)2003年1～3月的资料，通过COARE算法(版本2．6b)，比较了O02和TY01这两种海面空气动力粗糙度长度的参数化方案。通过对摩擦速度、拖曳系数、海面粗糙度及风应力等物理因子的计算得出：在粗糙的海面上，TY01和O02两种参数化方案的计算结果是比较一致的。在考虑浪的信息方面，TY01和O02都是很好的参数化方案．它们都可以适用于不同的风速条件，适用于各种尺度的海洋及湖泊。但是这两种方案在处理幼波时存在不连续的缺点。并且，对于风速较小的光滑海面，尽管它们计算的结果较一致，但是仍然存在偏差。据此，本文的结果对于理论分析和数值计算如何正确使用上述两种海面空气动力粗糙度参数化方案，可提供必要的参考价值。     

基于海洋水准的海面动力地形研究

本文根据东经100°～170°,北纬0°～50°的西北太平洋海域1930～1990年的大量海洋和气象资料,以深海等压面1000,1500,2000,2500和3000db为依据,按动力学原理,计算了面积约3000多万平方公里广阔海域的动力深度及其偏差。并以标准海面为基准,绘制了迄今最为精细的海面动力地形图。通过与全球海面动力地形的比较,研究了该海域海面地形的起伏特征,发现了苏禄海盆地及其周围海域海面起伏的异常区,初步研究了它的形成机制。     

一种改进的基于逆Omega-K算法的海面场景SAR原始数据仿真方法

合成孔径雷达(SAR)海面场景原始数据仿真是研究海洋动力参数(表面波浪、风矢量和洋流)的有效工具。目前海面场景原始数据仿真方法已经基于逆Omega-K算法实现了海洋运动参数的空间变化。但是目前仅仅讨论了正侧视情况下的海面场景仿真,应用范围有限,同时没有考虑Stokes漂流以及Bragg相速度的影响,而这两者都是存在于真实海面的。通常情况下为了反演得到海面流场的二维速度矢量,雷达需要从两个不同的方位方向观察海面的同一个区域,因此这就需要考虑大斜视的雷达波束,同时Stokes漂流和Bragg相速度是SAR海表面流场观测不容忽视的两种运动。本文在不改变原有正侧视逆Omega-K算法的情况下,通过增加重新计算零方位时刻的斜视波束中心位置坐标,并据此确定SAR原始数据在多普勒域的位置来将其扩展到大斜侧视逆Omega-K算法,并通过时域Stokes漂流公式到频域内离散化Stokes漂流公式的推导来加入Stokes漂流,以及根据Bragg散射机制加入了Bragg相速度。仿真结果表明,经过聚焦成像后的SAR图像很好的体现了真实海面波浪场的形状,同时能够很好地反演出设定的雷达径向流场速度,且流速精度误差控制在6%以内。最后也证明了Bragg相速度以及Stokes漂流对于海面流场的影响不可忽视。     

浅海地转流速的计算

地转流是海洋中的一种基本流动。准确地计算和预报海洋中的地转流速,对于国防军事、航海运输以及渔业生产等方面都具有极其重要的实践意义。因此,各国海洋科学工作者,历来对地转流速的计算极为重视。本世纪初, Sandst?m 及 Helland-Hansen根据Bjerknes的环流理论,于1903年首次发表了应用温、盐度资料计算地转流速的著名的“Helland- Hansen公式”,即海流的“动力计算方法”。这是海流计算上的重要贡献之一。对深海大洋来说,通过选取“动力零面”的办法。可以得到地转流的绝对流速。如果“动力零面”选取得当,应用“动力计算方法”得到的绝对流速与实测流速极为接近。但在浅海中广泛应用这种“动力计算方法",显然遇到了不少困难。其中关于浅海“动力零面”"的恰当选取以及如何处理由于海底深度不等所引起的影响,是最为重要的两个间题。为了解决这些问题,国外的海洋科学工作者,如Helland-Hansen(1934,转引自 Φомин,1964), COMOB(1937,转引自3yσoB及Mamaeb,1956;,下称3aσon方法),斯费德鲁普等(1946)和Grcen(1948)等,都对此进行了研究,并提出过各自的“浅海动力计算方法”。总起来看这些方法,都假定海底以下的泥土岩石层中(以下通称“假想水体")某一水平面(一般取通过海底最深点)为“动力零面”作为地转流速计算的起点。对于海底及海底以下的“假想水体”中的海水比容分布。却有着几种不同的设想和处理方法。大体可分为两类:第一类(如Helland- Hansen,3yσoB等)是假定海底及其“假想水体”中流速和水平压强梯度同时消失,即那里的等比容线呈水平分布,从而采用线性内插的处理方法去确定其比容分布;第二类(如Sverdrup, Groen等)则假定海底及其“假想水体”中水平压强梯度并未消失,即那里的等比容线不,呈水平分布,从而采用灵活性和随机性较大的非线性内插的处理方法去确定其比容分布。 但迄今为止,这些研究尚未能得出令人满意的结果。我国近海是广阔的大陆架浅海,并且陆架和陆坡毗连区域的海底坡度变化很大,因此研究“动力计算方法”在浅海应用中所存在的这些问题,一直是我国近海海流研究工作中一项迫切的任务。 无产阶级文化大革命前,我们曾经分别采用过“3yσoB方法”和“Groen方法”,计算了我国近海的地转流速。实践证明,这两种“浅海动力计算方法”,还存在着不少问题;特别对海底地形变化剧烈的海区,尤为突出,其计算结果和客观实际相差甚远。针对这些问题,我们初步进行了一些探讨,提出了本文所要介绍的“浅海地转流速的计算”方法。 国外现有的“浅海动力计算方法”中的一个主要问题,是把海底以下的泥土或岩石当作水体(即“假想水体”)来处理。从而引进所谓浅海动力计算中的“订正项”(通过“假想水体”对“真实水体”予以订正)。我们认为计算浅海海水质点的运动速度,不是把基点放在真实的海水中,而是人为地放在海底以下的泥土或岩石中;这种处理方法,可能有一定的主观性。由此而确定的“订正项”也就缺乏足够的客观依据。本文将摈弃国外在“浅海动力计算方法”中迄今所采用的所谓“假想水体”,直接通过真实海水中海水密度水平梯度的差分近似计算:;在不引进任何人为的“订正项”的情况下,去确定浅海地转流速。实例计算结果表明,应用本文所提出的通过密度水平梯度去计算浅海地转流速的计算方法,比国外现有的“浅海动力计算方法”有较高的精度。     

深海采矿转场工况平台—水下系统耦合动力响应特性研究

针对水深6.0 km深海采矿装备,研究其转场工况平台—水下系统耦合动力响应特性。建立深海采矿平台—输浆管—中继站一体化耦合动力模型,其中采用有限元方法离散输浆管,采用势流理论计算平台水动力,基于Kalman滤波对动力定位系统进行参数整定,优化动力定位系统推力。考虑动力定位系统,计算水动力和采矿平台—输浆管—中继站的频域响应和平台—水下系统耦合时域运动响应,计算得到了平台时域运动响应、水下系统动力响应及动力定位系统推力响应。结果表明：建立的一体化耦合动力分析模型是可行的,可以有效预报平台及水下系统响应;转场0°浪向动力定位系统可以有效控制平台运动;中继站运动较小,输浆管轴力较大,建议将输浆管的浮力材料移动到流速较小的水下范围,可降低拖曳力,有利于输浆管的强度性能。     

X波段雷达在海面动力环境监测中的应用研究

论述了X波段雷达在海面动力环境监测中的应用.利用X波段雷达提供的有效数据对海面动力环境的诸要素进行测量,如海浪的波高、波向、波长与波周期,海流场的流速和流向以及海面周围的风场等.     

考虑流固耦合时的海底管道悬跨段非线性动力分析

通过对管道的涡激振动试验,提出了考虑流固耦合的非线性涡激升力表达式,并用该式进行了海底管线悬跨段非线性动力响应时程分析。对考虑流固耦合与未考虑流固耦合情况下得到的管道动力响应时程进行对比,算例表明:当管外流场流速与管道顺流向振动速度值较接近时,不考虑流固耦合时的计算结果明显小于考虑流固耦合时的计算结果。分析认为,在管外流场流速与管道顺流向振动速度值较接近的情况下,管道的涡激振动计算宜采用非线性涡激力模型。     

关于工程潮位计算的若干问题

１　引言工程潮位是指在近海或沿岸工程设计中需要考虑的潮位数据。这些潮位数据通常可分为二类：一类是正常条件下的潮位;另一类是极值条件下的潮位。所谓正常条件,就是指在正常气候状况下对应不同天文条件的平均潮位;极值条件则是在极端气象条件或特定天文条件下出现的极值高、低潮位。本文就工程潮位的一些常用计算方法作一综述,对在实际应用中可能产生的误差作了评估,并提出了尽可能减少误差的途径和建议。２　关于平均海面平均海面是一定时期内海面的平均值,例如：日平均海面、月平均海面、年平均海面和多年平均海面等。通常平均…     

“深水地平线”事故深海溢油输移扩散的数值模拟

为深入认识深海溢油输运过程和提高深海溢油事故的应急响应能力,文章以2010年墨西哥湾“深水地平线”事故为例,采用深海溢油输移扩散模型,以三维流场和海面风场为主要环境动力,数值模拟溢油深海泄漏后的浮射扩散、水体中输移扩散以及在风场和流场共同作用下在海面上输移扩散的全过程,同时模拟实施海底消油剂喷注处理措施后溢油输移轨迹和扩散范围的变化。研究结果表明：数值模拟结果与相关报道的悬浮油带实际观测结果以及美国国家海洋与大气管理局的海水异常遥感监测结果总体相符,可为更加全面和精细的深海溢油输移扩散数值模拟研究奠定良好的基础。     

台湾东侧黑潮区域海水的T-σt关系及其在动力计算中的应用

迄今为止的调查研究表明,海洋中的海流,特别是那些流速较大的强流:大都以地转流为其主要成份。因此,可以根据地转关系,应用观测所得的海水质量分布(即温、盐度或密度分布)计算出与实际较为相符的流速流量。这种过程就是海流的动力计算。 但是,由于温度资料比盐度资栂精确且易得,因此,人们在根据海水质量分布计算海流时,曾进行了种种简化,试图只根据温度分布及变化来研究海流。这大致可分为下列两方面： 其一,认为海水密度分布主要决定于温度,如果仅欲求得海流分布变化的粗略结果,可以不考虑盐度,直接根据单一的温度分布来计算流速流量。近年来,国内外所开展的一些工作,已为这种简化提供了初步的但较有力的证据。例如, Bryden(1974)通过对中大洋动力实验(MODE)区域两个锚锭站的温度和海流实测资料的分析,得出了水平流速的垂直切変和温度水平梯度的垂直积分之间颇为一致的关系。管秉贤在研究通过苏澳一与那国岛断面的黑潮的变异时,找到了100-200米水层处的温度水平梯度最大值与流量之间较好的关系。 其二,为了求得较为精确的结果,引入了平均的T-S关系曲线来考虑盐度分布对密度的影响。例如, Emery和Wert(1976)曾利用太平洋上每10°方格海域中的平均T-S曲线,对大量的温度断面进行了动力高度计算。所得结果,除了个別区域外,与用温盐资料算得的动力高度相比,误差都比较小。另外,在中大洋动力实验中,对许多只有温度而没有盐度资料的观测站,也是应用该海区的平均T-S曲线进行动力计算的。 本文应用国际黑潮合作调查(CSK)资料,对台湾东侧黑潮区域的水温(T)和条件密度(σt)进行比较,得出了这一区域的T-σt的相关关系式。运用这一关系式对该海区的温度断面进行动力计算,所得流速与用经典的动力计算方法得到的地转流速相比,其方向和量级都是一致的。另外,对东海的黑潮区域的海水,也用本关系式进行了讨论。     

隐藏在深海里的秘密生活

在大西洋深处被人们称为“午夜地带”的深海区,阳光无法到达,海水幽深恐怖。那里栖息着神秘、长相怪异的深海动物。并且,深海的水温接近于零度,动物个体之间相距甚远。通常,科学家们只对生活在海面下1．6千米以内的物种比较了解,而对深海的瑰丽世界知之甚少。多年以来,科学家们都认为,在深海里,各种各样的鱼漫无目的地游来游去,以那些从浅海下沉的有机物碎屑为食。     

基于热红外视频图像监测的海面溢油识别技术研究

针对现有海面溢油检测技术难以在石油泄漏初期（尚未形成海面大规模油膜覆盖）及时发现油膜的难题,本文在前期基于热红外图像测算海面油膜面积方法研究的基础上,结合油泄漏至海面后油膜的扩散特征,提出了一种基于热红外视频图像监测油膜面积变化以及时识别海面溢油的方法。首先,基于单帧热红外图像处理算法提取海面前景区域（包含油膜区域与相似物干扰区域）并计算各区域所代表的实际物理面积。基于视频图像处理技术跟踪测算前景区域中各连通区域的实际物理面积变化情况,根据各连通区域的面积变化率识别前景区域中是否存在油膜,从而判断海面是否发生溢油。实验结果表明:所提出的方法能有效识别不同黏度的石油泄漏至海面形成的扩散油膜,在水面包含波浪与相似物干扰时也具有良好的识别精度。该方法适用于特定场景下（如码头、船舶等）的溢油事故的鉴别,能为溢油事故的及时发现和预警提供技术支持。     

长江口及其邻近海区环流和温、盐结构动力学研究 Ⅰ．定解条件与研究方案

长江口及其邻近海区的水动力学研究因其与沿岸地区的经济发展关系密切而倍受海洋学者的广泛关注。为了揭示该海区环流的动力过程和温、盐结构的分布特征及其动力成因,首先在对研究海区的地形特征、海面风应力、海面温度、海面盐度以及北、南、东三个液边界温度和盐度现场观测资料进行全面分析的基础上。选定适合于研究海区的三维斜压流体动力学模型(POM)。以研究海区冬、春、夏和秋季的海面风应力、海面温度和盐度资料作为海面边界条件,以北、南和东三个液边界的温度和盐度资料作为侧向液边界条件,并考虑长江径流、台湾暖流和东海沿岸流等外海入流的影响,对研究海区(120.9°E—124°E,29.5°N—33°N)四个季节的斜压环流和温、盐结构实施了动力学数值研究。获得了与观测事实相一致的三维流速和温、盐结构的空间分布。从动力学角度揭示并阐明长江口及其邻近海区水平环流和垂直环流的动力过程以及温、盐结构的分布特征和动力成因,为海区的生态动力学研究提供动力条件。     

潮汐动力场准三维值模拟

本文建立了适用于海岸潮汐动力环境模拟的准三维数学模型,其特点是在成功实现二维全流模型计算的同时,求解流速差值（即流速与其垂线平均值之差）方程组,从而获得潮流速的垂直分布,并使两者结果相一致。在验证计算和应用于复杂海域的研究计算中,数值结果不仅与分析解取得一致,而且与实测值符合较好,证明该模型是实用有效的。     

动力定位采矿船高海情下的运动响应分析

本文对具有动力定位深海采矿船高海情下的运动响应及运动特性开展研究。针对具有6个推进器构成的动力定位系统,考虑高海情及空载和满载两种典型工况,基于推力最小和运动最小条件,应用卡尔曼滤波器结合线性二次型最优控制理论的控制算法优化推力,进行动力定位系统的参数整定,实时优化调整推力的方向和大小,计算采矿船高海情下的运动和推力的时间历程响应和分析运动特性。经计算,得到了深海采矿船空载和满载工况在高海情下实施海上定位的浪向及需要的推力大小,确定了采矿船动力定位系统在高海情下的适应性,评估了高海情下深海采矿船的定位能力。