全海深ARV抛载系统研发及深海试验

抛载系统是水下机器人安全工作的核心关键部分。以“思源号”全海深ARV（自治缆控水下机器人）为研究对象，开展ARV作业过程中压载水下释放问题研究。通过在ARV底盘下侧布置下潜抛载模块，上艇体两侧对称布置上浮抛载模块，设计了一套基于电磁驱动的超高压水下抛载系统。利用Maxwell 2D电磁场有限元分析软件对非接触式电磁铁作了静磁场数值分析，得到电磁铁的磁力线与磁通密度分布图，验证了抛载电磁铁可以满足压载吸附和抛弃的功能。设计了一种非磁性钛合金隔离片，用于消除电磁铁断电后存在的吸附效应，解决了抛载失败的问题。开展了电磁吸力测试、可靠性试验、超高压试验以及深海试验，试验结果验证了所设计的全海深ARV抛载系统能够在深海环境下实现水下释放压载，为全海深ARV实现上浮下潜和水下浮态控制提供重要保障。     

水下滑翔器的运动建模与分析

介绍了水下滑翔器的工作机理，对其沉浮阶段的滑翔过程进行了动力学分析，推导了滑翔器在垂直剖面上的动力学方程。论文深入分析了水下滑翔器稳态时的运动规律，以水下滑翔器试验模型为例，推导了其稳态运动参数，通过线性化与适当的简化，得到模型在垂直剖面上的运动状态方程，讨论了系统的可控性与可观测性，为水下滑翔器系统的开发设计和控制提供了理论依据，具有重要的指导意义。     

基于FAHP参数化设计方法的ARV模型构建与性能评估

针对自主遥控水下机器人(AutonomousRemotely Operated Vehicle,ARV)在概念设计前期对总体性能评估问题进行了研究。基于参数化设计的方法,将对影响ARV总体性能的关键指标和重要因素进行了分析与研究;运用模糊层次分析法(Fuzzy Analytic Hierarchy Process,FAHP),建立了ARV总体性能评价模型,以已有的ARV系统为模型验证对象,验证了本文构建的模型的准确性和有效性,从而为ARV的总体设计和性能评估,提供了一种可参考的理论依据。     

随机波作用下半潜式超大型海上浮式基地时域动力响应简化计算方法

基于半潜式超大型浮式结构"刚性模块-柔性连接构件"计算模型,以其中典型的移动式海上基地(Mobile Offshore Base,MOB)作为对象,研究该结构时域动力响应的简化计算方法。经理论推导得到D'Alembert动力学平衡方程中MOB运动的各水动力系数矩阵、波浪激励力矩阵及连接构件约束力矩阵内各系数的简易计算公式。以"三模块模型"MOB为例,探讨其在6级海况浪向角在0°~90°变化时,各模块的动力响应位移随时间的变化规律,并统计其最大值与文献资料中的实测结果进行对比。经研究表明:运用本文理论模型和简化算法的数值计算结果与文献中的实测数据能够相互吻合,可验证本算法的正确性、可行性与合理性,研究成果可为半潜式超大型浮式结构动力响应分析提供一定的理论支撑。     

船舶随机参-强激励横摇概率密度函数的半解析方法研究

参数激励横摇是第二代稳性衡准的重要研究内容,本文基于此研究了随机斜浪中船舶在参-强激励下的横摇运动。将随机海浪波面升高处理为窄带随机过程,使其分解为两个互不相关的随机过程,从而简化了随机波面函数的表达形式。基于切片法数值求解复原力臂函数,并用解析表达式进行拟合。建立了船舶参-强激励横摇运动方程,以C11型集装箱船为例,分别应用解析方法(能量包线随机平均法)和数值方法(蒙特卡洛法)求解了顶浪150°时横摇响应的概率密度函数。通过对两种方法得到的计算结果进行对比,验证了解析方法和数值方法的正确性。最后,对横摇响应概率进行敏感性分析,研究了特征波长对横摇响应概率的影响。     

潜标上浮过程中垂直运动数学建模与验证

以2014年南海北部陆坡M站春、秋两季底流观测潜标回收为例,建立数学模型分析潜标上浮过程中垂直运动特征。首先做出忽略水平海流影响、刚性连接以及主要部件外形简化等假设。通过刚性连接部分上浮数值试验,得到释放后各部件能够保持相对位置不变、整体上浮的结论。视整个系统为刚体建立了垂直运动模型。分别模拟两次潜标回收,模型与高精度超短基线观测结果的对比表明:整个上浮过程可分为加速上浮阶段和稳定上浮阶段;模型速度曲线与观测速度拟合线比较接近,给出的平均模型速度与平均观测速度均相差0.2m/s;模型能够反映出在稳定上浮阶段,稳定上浮速度随时间缓慢降低的变化特征;各部件上浮的垂直速度是振荡变化的。模型可为相关水下仪器回收工作提供定量化依据。     

渤海海峡沉积物输运的参数化计算

本文以2018年冬季渤海海峡两个站位的定点连续观测数据为基础,使用一维参数化方案,计算了观测站位底边界层内的水平悬浮物输运通量以及推移质输运量。在参数化方案中,简化的一维对流扩散方程被用于计算底边界层内的垂向悬浮物浓度。为了验证参数化方案的可靠性,本文基于观测数据对比了两种底剪切应力计算模型、四种临界起动剪切应力计算方法和两种一维对流扩散方程解法。对比结果表明:(1)不同模型计算的底剪切应力结果相近;(2)临界起动剪切应力受到颗粒间黏性作用的影响;(3)一维对流扩散方程的求解过程需要考虑沉积物浓度的分层效应和不同粒级颗粒临界起动剪切应力的差异。基于上述对比结果确定的最优参数化方案,进一步计算了观测站位的沉积物输运量:(1)在有再悬浮的时段,距底5 m内的水平悬浮物通量占全水深悬浮物通量的比例(T01站约为21%,T02站约为17%)显著高于相同层位水通量的占比;(2)依据参数化方案估算的冬季平均的悬浮物通量比忽略底边界层悬浮物浓度垂向变化的传统方法结果高约16%;(3)推移质输运量比悬移质输运量约低两个数量级。     

具有精确色散性的非线性波浪水平二维数学模型

建立具有色散性的水平二维非线性波浪方程,方程的非线性近似到了三阶。方程以波面升高和自由表面速度势表达的微分-积分型数学方程,给出方程的数值求解方法和算例,对方程积分项的处理给出了计算方法。计算结果与Boussinesq方程模型和缓坡方程模型的对应计算结果进行了对比。     

北太平洋夏季热带海区大气运动的平衡关系

利用1998~2003年6~8月的NCEP/NCAR再分析资料(1.0°×1.0°经纬度网格),以对流层中部500 hPa高度层为重点,利用北半球夏季(6~8月)低纬度(0°~30°N)太平洋地区(160°E-120°W)各物理量(水平速度u,v,P-坐标垂直速度ω等)计算了水平运动方程中各分量的大小,通过比较对热带大尺度运动方程进行了简化,并给出了相应的简化方程,认为纬向风在除了赤道这一奇异带以外都是满足地转平衡的,而经向风则在离开赤道30°以外达到地转.由于热带太平洋地区是台风的重要发源地之一,因此弄清此地区的大气运动基本平衡关系有助于台风形成机制的研究.     

波浪作用下缆船拖带系统非线性运动数值模拟

基于船舶操纵性运动方程和拖缆的三维动力学运动方程,提出了被拖点位置匹配的方法,建立了拖船—拖缆—被拖船系统整体非线性拖带动力学模型。为了考察被拖船航向稳定性与横向稳性的关系以及波浪载荷作用的影响,被拖船采用水平面四自由度运动方程,并引入了波浪的作用力和力矩。拖船采用PD控制方法较真实地模拟了拖船航向改变的运动过程。对一个拖船—拖缆—被拖船系统(5 000 t的拖船和3 000 t的被拖船)在时域内进行了规则波浪作用下拖带运动的模拟,计算结果表明被拖带船舶在波浪中运动呈现运动稳定、不稳定和临界状态3种可能的特性。根据模拟计算结果,认为波浪中拖带航向稳定是被拖带船舶保持稳性的必要条件。     

黄河入海径流对河口海域盐度影响研究

为研究黄河入海径流变化条件下河口附近海域盐度扩散特征,以更好地保护河口海域生物资源多样性,本文以黄河下游利津水文站的长序列实测径流数据资料为基础,利用近海水动力模型FVCOM,分析径流变化对黄河口海域盐度的影响规律。结果表明：黄河口与莱州湾之间存在顺时针的环流系统,在余流作用以及涨落潮方向的影响下,黄河冲淡水长期向莱州湾扩散;丰水期黄河冲淡水几乎影响了整个莱州湾,27盐度锋可以到达莱州湾中部,27等盐线的表层包络面积为2 665.61 km²,占莱州湾的1/4左右,枯水期低盐度水只有向南扩散的趋势,27以下的低盐度水集中分布在黄河口门附近,27等盐线的表层包络面积只有199.65 km²;5月份,随着入海径流量增加,27等盐线扩散的范围、距离、方向都会发生明显变化。在对近海生物资源有迫切保护需求的情景下,适当减少其他用水户供水量以增加入海生态径流量,可以有效改善黄河口海域附近的盐度情况,为生物资源的生长繁殖创造良好条件。     

长江、黄河入海沉积物中元素组成的对比

使用X射线荧光分析仪对取自长江大通站(包括部分南京段)和黄河利津站入海沉积物进行了分析,研究了25种元素的含量特征及它们在长江和黄河里的差异,并与前人研究成果作了比较.研究表明,长江、黄河中的沉积物存在较明显差异,黄河沉积物中明显富集Ca,Sr,Si等元素;长江沉积物中明显富集Al,Fe,Ti,Mn,Cu,Zn,Pb,Rb,P,V等元素.这与2条河流流域的地质背景、气候带特征、风化程度以及人为活动影响关系密切.与前人研究结果相比,2类沉积物中重金属元素的含量有明显增加的趋势,但是用Al标准化之后发现只有部分重金属元素含量有所增加.重金属的变化可能与近年来中国工业快速发展及两河流域污染物质的排放增加有关.     

海洋生态系统中放射性核素转移的数值模拟

在西大亚湾海域浓度场分布的基础上,用库室模型分析的观点建立了海洋生态系统库室模型,采用浓集因子法建立了相应的线性方程组,对放射性核素在浮游植物、浮游动物、软体动物、甲壳动物、鱼类以及沉积物中的迁移进行数值模拟。数值模拟结果从一定程度上反映了核电站液态排放对海洋生态系统影响的规律。这为预测核电站废水排放对海洋生态系统的影响提供了一套有价值的参考模型及软件。     

About the correlation between the distribution of the azooxantellate scleractinian corals and the abundance of the zooplankton in the surface waters

The correlation between the azooxantellate scleractinian coral distribution and the abundance of the zooplankton in the Atlantic Ocean is discussed. The analysis is based on a dataset of 943 specimens (82 species) sampled at 87 stations that were performed during the scientific cruises of Russian research vessels in the Atlantic. The hypothesis concerning if the coral biodiversity and population density correlate with the zooplankton abundance was tested. The relationships between these parameters are contradictory. High coral biodiversity and population density were registered for the areas of low and average zooplankton abundance in the surface waters.     

The influence of the bottom contour on the deformed state of the ice cover due to the motion of the submarine

The authors have previously determined that the effectiveness and failure pattern of the ice cover caused by flexural-gravity waves generated by a submerged body motion near the bottom ice can greatly depend on the depth of the water area. In its turn, the presence of a ledge on the ice surface may affect a wave propagation pattern. This paper presents an experimental study of the bottom contour influence on the deflection and length of flexural-gravity waves. The authors describe a numerical model for the analysis of the deformed state of ice caused by hydrodynamic loads due to a submarine motion, taking into account the bottom contour. The experiments are carried out in the ice tank. The results of calculations and experiments are compared.     

长江口沉积物-水界面无机氮交换通量的模拟测定

通过对长江口水下沉积物-水界面可溶态无机氮(DIN=NO3- NO2- NH4 )的交换行为研究发现,低潮时近口点(A)沉积物是水体DIN的汇(-2006.99μmol/(m2·h)),而靠近口外点(B)沉积物是水体DIN的源(1848.27μmol/(m2·h))。但高潮时,A点沉积物转变为水体DIN的源(1880.97μmol/(m2·h)),而B点的沉积物转变成为DIN的汇(-956.64μmol/(m2·h))。在距河口较远高低潮盐度变化微弱的地点(P),沉积物始终是水体DIN的源(1872.41μmol/(m2·h))。高低潮海水盐度的变化对沉积物中微生物活动的影响是导致这一变化的主要原因。     

长江河口水下沙洲类型及典型水下沙洲的推移规律

对长江河口水下沙洲的类型及其演变规律进行了研究,把水下沙洲分为 4 种基本类型：节点型沙洲、弯道型沙洲、涨落潮流分异型沙洲、分汊口型沙洲。并研究了河口区若干典型沙洲在最近 20 a 的推移规律和冲淤状况,对沙洲冲淤量进行了计算,结果表明河口水下沙洲冲淤频繁, 1991 年后仅上、下新浏河沙 5 m 等深线内沙体每年冲淤量达 1.5×106 t,尤其是 1998 年大洪水导致上新浏河沙被冲失近 1/3 。     

Relationship between the path of the Kuroshio in the south of Japan and the path of the Kuroshio Extension in the east

A relationship between paths of the Kuroshio and Kuroshio Extension (KE) is investigated, using the satellite-derived altimetry dataset of 1993–2008. When the Kuroshio takes the nearshore nonlarge meander path or typical large meander path and resultantly goes through the deeper channel (about 2500 m) of the Izu-Ogasawara Ridge, the KE path adopts a relatively stable state with the two quasi-stationary meanders. On the other hand, when the Kuroshio takes the offshore nonlarge meander path and then passes over the shallower part of the Ridge (about 1000 m), the KE path tends to be convoluted, i.e., an unstable state.     

乐清湾海水增养殖区环境质量状况及分析

利用2002年至2004年对乐清湾海水增养殖区的海洋环境监测结果,分析和评价了乐清湾海水增养殖区的海洋环境质量状况。结果表明:乐清湾海水增养殖区营养盐超标严重,导致增养殖区整体水质超出四类海水水质标准,与增养殖区应达到的二类海水水质标准不符,影响了增养殖区主导功能的发挥。     

美国加入《联合国海洋法公约》问题

1982年第三次联合国海洋法会议产生了《联合国海洋法公约》,美国积极参与并主导了该《公约》的整个谈判过程,对《公约》大部分条款持支持态度,但最终却没有签署《公约》,其原因主要在于它反对《公约》第十一部分关于深海采矿的规定。1994年《执行(公约)第十一部分的协定》对《公约》中与深海采矿有关的部分进行了实质性修改,满足了美国的利益和要求,但美国国内对《公约》还存在其他一些反对意见。目前美国国内各界支持加入《公约》的呼声日益高涨,美国正在积极考虑加入《公约》。