风暴潮的有限元分析

近年来,有限元方法[1]已被许多学者用来解浅水波方程,如潮汐潮流、近海环流、污染扩散等[2,3],也有用来讨论风暴潮问题的.本文给出用于风暴潮分析的一种有限元方法. 我国是一个多风暴潮的国家,因此,沿海地区防御风暴潮是很重要的.至今已提出单站预报、动力统计、差分数值等风暴潮预报方法.采用有限元方法能灵活的近似海岸线形状和海底形状,所得出的有限元公式能给出一个通用的计算机程序,适用于各个海区的预报工作.为计算简便,本文采用九点四边形Lagrange等参数元[4]和分离时间的时间积分格式,从而使得程序简化,并大大节约内存和计算机时间.     

流式细胞术在海洋浮游植物研究中的应用

传统的海洋浮游植物研究已经积累了许多形态学与分类学知识。但是对其生态学,以及微型浮游植物的研究[2],则由于技术限制而有所不足。80年代中期以来,国际上已开始把流式细胞术(FlowCytome-try,FCM)应用于海洋浮游植物研究,很大程度地弥补了传统浮游植物研究方法的种种不足[3]。流式细胞术首先应用在细胞生物学及医学等领域。它集中了现代流体力学、激光光学、精密机械电子及电子计算机等多种先进技术,可以对各种生物细胞群体进行快速、实时及多参数测定[1]。本文简要介绍了流式细胞术的原理及测定方法,及其在海洋浮游植物研究中的应用及…     

三维海流计算的一个方法

我们曾应用有限元方法计算台湾以东海域黑潮的流速分布[1].由于问题是三维的,又是四个未知量(u,v,w,p),当计算较大的海域时,应用有限元方法得到最终的大型稀疏方程组的阶数甚高,相应矩阵的带宽较大,方程组又是非对称的,因此求解这样的方程组必须在容量较大、速度较快的大型电子计算机上进行.有没有别的方法避免这个困难呢?这就是本文问题的由来.     

层结流体中的非线性内波

十多年来,用摄动法研究非线性波已经取得了相当大的成就.在流体力学方面研究较多的是浅水表面波,在大气科学方面研究较多的是Rossby波.对层结流体中的内波,则研究较少.大家知道,海洋和大气都是密度随深度或高度变化的层结(分层)流体.许多重要的自然现象,如台风、飑线、积云、湍流、海洋中的温跃层等,都和重力内波有关.随着卫星技术的发展,非线性重力内波已经在大气和海洋中观测到[1,2].从理论上研究非线性重力内波较早的是Benney(1966)[3]和Benjamin(1966[4],1967[5]),最近Maslowe和Redekopp(1980)[6]对层结剪切流动的非线性内波作了系统详细的研究.     

鲻鱼卵母细胞成熟机理的探讨

为了探讨鱼类性腺发育成熟规律和卵母细胞成熟过程中激素的调节问题,过去进行了许多性腺发育组织学、细胞学以及组织化学等方面的研究,最近几十年来,应用电镜、免疫、质谱和分子生物学等先进技术对上述问题进行了更深入的研究,并获得了迅速进展[1~2].Nagahama[3]首先采用高体方法研究硬骨鱼类性腺类固醇激素的来源,这一技术已被广泛应用于探讨鱼类卵母细胞成熟和排卵过程中激素的作用问题,而且已被认为是一种可靠和有效的方法.     

舟山海区附着生物与钻孔生物生态研究

海洋附着生物也称污损生物.附着生物的生态研究,欧美50年代前就做了许多工作[10][20],目前仍在继续进行;50年代后,苏联、日本、南美、印度和大洋洲等都先后开展了这方面的研究[12,17,18].我国自50年代以来,已经开展了许多工作,也发表了一些研究报告.国内钻孔生物的研究主要是船蛆的分类[1,4],生态方面的工作开展不多.     

强迫摇荡运动三维球体水动力系数的CFD计算

采用计算流体力学(CFD)的雷诺平均法(RANS方法),并考虑了自由表面的影响(采用VOF方法模拟自由表面),来模拟三维球体的单自由度强迫摇荡运动,得到纵荡、升沉及横摇的附加质量与阻尼系数。该数值模拟结果与三维势流理论计算的结果进行比较,趋势基本一致,但CFD方法更能凸显粘性的作用。本文所应用方法能合理给出浮式结构物的水动力系数,更精确描述海洋浮式结构物周围的流场,可应用于船舶与海洋工程浮式结构物的水动力性能研究。     

圆形桩柱列的附加质量分析

本文对圆形桩柱列在静水中振动时的流场进行了分析,把文献[1]中的方法应用到无限圆柱列振动时的流场分析中去,并从理论上证明了这类解存在的条件。将所得结果应用到计算无限圆柱列的附加质量中去,所得结果与文献[4]中的实验结果进行了比较,两者吻合良好,因此文中所给曲线可供设计应用。     

光照周期对文昌鱼性腺成熟和产卵的影响

一些学者研究证实,光照周期可加速或延迟一些鱼类性腺的成熟.例如,长光照可加速草鲤的性腺成熟[1],而在美洲红点鲑缩短光照则可诱发提早性腺成熟[2].另一些学者报道,某些硬骨鱼类排卵和产卵也是受光照周期的影响[3,4].文昌鱼属季节性产卵的类型[5],作者曾报道[6]文昌鱼生殖细胞发生和早期性腺生长受光照周期的影响.至于文昌鱼是否像上述某些硬骨鱼类那样,性腺成熟和产卵或释精也受光照周期的影响,迄今仍不清楚,在国内外文献上也未见报道,而对此问题的研究,除了解光照因子在文昌鱼性腺成熟和产卵过程中的重要作用外,同时也可对文昌鱼生殖行为学和人为控制它的产卵提供基础资料,因而具有其理论意义和应用价值.     

淤泥质光滩-盐沼过渡带波浪衰减的观测研究 以长江口崇明东滩为例

1 引言 波浪是海岸环境中最重要的动力条件之一.无论就泥沙起动、搬运和堆积的沉积动力学而言[1],还是从海岸防护的角度考虑[2],波浪都是不可缺少的动力因子.由沉积物组成的潮间带分布在世界海岸的许多岸段[3].由于黄河、长江等大河有大量细颗粒泥沙来源,我国有广泛发育的淤泥质潮间带,其中尤以连绵近千千米的江苏-上海潮间带著称于世.     

FINITE ELEMENT METHOD IN CALCULATION OF KUROSHIO CURRENT

We establish the equations of finite element approximation for three-dimensional ocean current and calculate the Kuroshio current in the eastern sea area off Taiwan Province. The interpolation error of finite element approximation is given as Eq. (3. 14).     

大洋环流的刚盖模式与自由表面模式的比较(英文)

首先从海洋原始方程组出发，讨论了刚盖模式（RL）与自由表面模式（FF）的闭合方程组的异同；在包括海底地形的同一模式海盆中，在相同外力──定常的海面风应力和加热场──强迫下，使用这两种模式分别进行了大洋环流的数值模拟。由于选用了适当的初值、运用了时间步长调整技术等，从而加快了模拟速度，节省了CPU时间。对此两模式的结果本文进行了详细比较，尤以流函数、水位、上层温度及垂直速度作为讨论的重点。比较结果证实：使用这两个模式模拟出的大洋环流的各种物理量是一致的。另外，又从大洋环流形成机制上对此一致性作了进一步讨论。最后对这两种模式进行了评价。     

南海环流的三维数值模拟

本文采用Backhaus的三维海流模式,运用半隐式及C-网格方法求解基本方程,对南海各季的平均海流流场进行了数值模拟。将模拟结果与已有的研究结果进行比较,其主要流系基本上是相符的,夏季表层基本上为一反气旋型环流;冬季则转变成气旋型;在冬季,从50m层起开始显露出“南海暖流”的存在。这些表明南海海流的某些主要特征基本上已经被此模型成功地再现出来,同时此模型又给出了垂直方向各层的海流情况,在目前尚缺乏深层实测海流资料的情况下,上述深层海流的模拟结果有一定参考意义。     

地形和风速影响下的海气相互作用大涡模拟研究

当水流经过海洋地形时,水流的不稳定性会引起垂向混合并伴随大量湍流过程。针对传统海气耦合模式缺少在湍流尺度上讨论海洋地形与风速对海气相互作用影响的问题,使用并行大涡模拟海气耦合模式(the parallelized large eddy simulation model, PALM)在5 m/s的背景风场下,引入理想立方体地形,对比有无地形的影响;设置地形边长为L,高为3L (其中大气部分高L), L与水深H之比为L/H=1/2;然后保持地形条件不变。设置5、10和15 m/s三种风速,讨论风速对小尺度海气相互作用的影响。研究表明:地形在大气部分减弱顺风向速度,增强侧风向速度,影响0～5L的高度区域,而对垂向作用较小;无地形条件下湍流垂向涡黏系数K_m在-0.3L时,水深达到最大值0.024 m²/s,有地形条件下K_m在-0.8L时,达到最大值为0.16 m²/s,地形的存在使得上层海洋混合加强, K_m最大值增加1个数量级。随风速增大海洋和大气中的净热通量、淡水通量和浮力通量都相应...     

Finite element modeling of net panels using a consistent net element

A consistent finite element is proposed to model the hydrodynamic response of net panels to environmental loading. This equivalent net element is constructed to reproduce the drag, buoyancy, inertial and elastic forces exerted on the netting by current and waves. To evaluate the accuracy of the proposed finite element modeling, numerical predictions have been compared with the experimental observations and (simplified) analytical results of other authors. This new modeling technique has been applied to evaluate the performance of a tension leg fish cage in the open ocean environment.     

How faithfully will the geostrophic currents represent the existing ocean currents?

It is widely recognized that the geostrophic flows computed by the dynamic method of Bjerknes and collaborators represent the actual currents pretty faithfully. However, what would be the reason that a geostrophic current derived by only retaining the terms of Coriolis and the pressure gradient forces in the hydrodynamical equations agrees so closely with the actual ocean current of the same area? In this attempt was assumed an imaginative ocean of homogeneous water and uniform depth on a rotating earth but with neither continent nor islands. The average wind distribution observed along several meridians over the Pacific Ocean was assumed to prevail in this sea throughout with no variation in east-west direction. Taking the curvature of the earth surface, rotation of the earth, Coriolis forces, pressure gradients and the horizontal and vertical eddy viscosity into account, the equations of motion were solved and velocity components were derived for all latitudes. A comparison of the east-west components thus obtained with the corresponding components of the geostrophic flows, reveals that they agree well in higher latitudes but there appears a remarkable disagreement in lower latitudes. This means that a special care must be taken in replacing the existing currents with the geostrophic flows at lower latitudes.     

Parametric vertical coordinate formulation for multiscale, Boussinesq, and non-Boussinesq ocean modeling

Two physical parameters are introduced into the basic ocean equations to generalize numerical ocean models for various vertical coordinate systems and their hybrid features. The two parameters are formulated by combining three techniques: the arbitrary vertical coordinate system of Kasahara [Kasahara, A., 1974. Various vertical coordinate systems used for numerical weather prediction. Mon. Weather Rev. 102, 509–522], the Jacobian pressure gradient formulation of Song [Song, Y.T., 1998. A general pressure gradient formation for ocean models. Part I: Scheme design and diagnostic analysis. Mon. Weather Rev. 126 (12), 3213–3230], and a newly introduced parametric function that permits both Boussinesq (volume-conserving) and non-Boussinesq (mass-conserving) conditions. Based on this new formulation, a generalized modeling approach is proposed. Several representative oceanographic problems with different scales and characteristics––coastal canyon, seamount topography, non-Boussinesq Pacific Ocean with nested eastern Tropics, and a global ocean model––have been used to demonstrate the model’s capabilities for multiscale applications. The inclusion of non-Boussinesq physics in the topography-following ocean model does not incur computational expense, but more faithfully represents satellite-observed ocean-bottom-pressure data. Such a generalized modeling approach is expected to benefit oceanographers in solving multiscale ocean-related problems by using various coordinate systems on the same numerical platform.     

Dynamic Finite Element Analysis for Interaction between Two Phase Saturated Soil Foundation and Platform

In this paper, the foundation soil of offshore structure is simulated as a two phase saturated porous medium. The dynamic equations of porous medium and finite element formulation are given. For structural analysis, the technique of multilevel substructure is used, and the saturated soil analysis is set in the highest level substructure model. Based on these theories a dynamic finite element analysis program DIASS for the analysis of interaction between two phase ocean soil foundation and platform structures has been developed. A numerical example is given here to illustrate the influence of the pore water in soil on the structural response of an ocean platform.     

Numerical simulation of three-dimensional tidal current in the Bobal Sea

Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｔｉｄａｌｃｕｒｒｅｎｔｉｎｔｈｅＢｏｂａｌＳｅａ￥ＤｅｎＺｈｅｎｘｉｎｇ;ＹａｎｇＬｉａｎｗｕ;ａｎｄＪｏｓｅＯｚｅｒ（ＲｅｃｅｉｖｅｄＭａｙ１,１９９３;ａｃｃｅｐｔｅｄ...     

夏季黄东海硝酸盐垂向扩散通量的分析

湍流扩散过程导致的硝酸盐垂向输运对海水表层的浮游植物生长和初级生产力的大小有着重要影响。本文基于2018年夏季黄、东海水文环境、硝酸盐浓度和湍动能耗散率的同步、原位数据,分析了海域温度、盐度和硝酸盐的空间分布特征,结果表明营养盐含量丰富的黄海冷水团、长江冲淡水、东海北部底层混合水与黑潮次表层水是影响研究海域硝酸盐分布的主要水团。利用垂向湍扩散硝酸盐通量公式,计算了三个选定断面上的硝酸盐垂向扩散通量,其高值区与湍流扩散系数的高值区的位置基本一致。针对存在明显硝酸盐跃层的站位,计算得到跨硝酸盐跃层的垂向通量F_ND的范围在-9.78—36.60mmol/（m²·d）之间,在黄海冷水团区,夏季温跃层限制了该区营养盐向近表层的湍流垂向扩散;东海北部底层混合水区,湍流垂向扩散向上层补充了大量硝酸盐,促进了跃层之上浮游植物的生长;黑潮次表层水影响海区,夏季中层水体混合较弱,跨跃层的垂向通量也普遍偏低。开展硝酸盐垂向扩散通量的计算与分析,对进一步明确营养盐的输运机制有着重要研究意义。