海洋底边界层中实测海流的垂直分布Ⅰ.余流边界层

海底以上1-2m水层的海流垂直分布和变化,对于海底泥沙运动和海洋工程设计具有十分重要的意义.迄今为止,研究者分别从实测资料、实验室实验和理论等方面对底边界层中稳定流动的垂直分布进行了研究,其结果均难以直接满足工程需要.本文基于现有的理论和实验结果,发展了现有海底边界层理论,运用把稳定流的底Ekman层与对数层相配匹的方法确定了实测余流的垂直分布,并给出了在渤海石油平台区的应用实例.结果表明,本文给出的原理和方法在应用中与实测结果符合良好,可以直接满足工程需要.     

海洋底边界层中实测海流的垂直分布Ⅱ·潮流边界层

为了满足海洋工程设计的需要,作者从理论上研究了海底以上1－2m处潮流边界层的结构。把传统上用于稳定海流的底Ekman层理论发展成为用于潮流运动的振荡Ekman边界层,给出了潮流Ekman方程的解析解[式（32）－（35）],提出了对数边界层中潮流运动的方程组（式4－8）及其约束条件（式48）,并给出了潮流Ekman层与潮流对数边界层的匹配条件（式43）,还给出了计算浅海潮流垂直分布的解析表达式（36）－（39）。     

海底边界层水流结构及底移质搬运研究进展

海底边界层包括从底底至受其显著影响的水体之间的水层厚度,对海底动力过程,尤其是沉积物搬运及近海底化学物质输运有重要影响,不同的水动力（潮流、波浪及浪流共同作用）形成完全不同的边界层。边界层厚度与水流周期有关,但目前对其理解及计算公式并不统一,边界层内的流带分布与摩阻流速的床底糙率有关,目前已经发展了多种估算这两个参数的方法,对于边界层内的沉积物搬运率的计算,关键在于弄清沉积物在边界层内的沉降、起动     

地转动量近似条件下的海-气边界层动力学特性

本文把海洋和大气边界层分为三层,利用地转动量近似的方法,考虑了大气的斜压性、层结和非线性效应,解析地给出了无限深海洋和大气边界层速度的垂直分布,并得出了在非线性情况下大气和海洋埃克曼抽吸速度,分析了它们与经典埃克曼解的差异性,揭示了海洋和大气相互作用的性质.同时,也得到了海面风和海面风应力的诊断关系.     

一种三次多项式湍黏性底边界层的流场分布

本文通过假定底边界层湍黏性的三次多项式参数化形式,基于简化的Navier–Stokes方程,并利用超几何方程的性质,推导出了湍流粗糙底边界层的速度解析解。同时,得到了底边界层内其他的动力参数,如底剪应力、Ekman传输、Ekman抽吸及近底部速度分布场,从理论上讨论了均匀混合底边界层特征量分布特征。通过数值结果分析,进一步得出底边界层的总速度、亏损速度及其剪应力受平均流的角频率和地球自转影响比较大;而底边界层的动力结构对于底边界层顶部粗糙度不敏感。该涡黏性模式从理论上丰富了底边界层涡黏性的形式,为底边界层的动力系统研究提供了借鉴和理论参考。     

台风期间厦门湾潮流边界层特征研究

本文基于2007年8月圣帕台风影响台湾海峡期间的厦门湾垂向海流流速剖面观测资料,运用Karman-Prandtl模型统计和分析了流速对数剖面的出现频率和边界层参数（摩阻流速与粗糙长度）．结果表明流速剖面满足对数分布出现频率都超过50％,但进行内部一致性原则分析后,流速剖面满足对数分布情况均不足30％．造成流速剖面偏离对数分布的因素主要有：台风、径流、流速加减速、水体分层、底床结构、海底悬沙浓度等等．台风期间的摩阻流速和粗糙长度都大于非台风期间的数值．     

海底边界层沉积物再悬浮的研究进展

海床沉积物受海洋水体的影响形成海底边界层(Bottom Boundary Layers,BBLs)。上部海水与下部沉积物在BBLs发生着复杂的相互作用,直接影响海底沉积物侵蚀、再悬浮与堆积过程。与此同时,沉积物颗粒可能携带的污染物解析释放,BBLs研究的科学意义与工程应用价值日益突显。海底边界层的范围已经远远超出了传统的流体力学中边界层的范围,而是海床界面上下一定范围内,水流与海床相互作用的区域。在波浪作用下BBLs沉积物以海床剪切破坏、海床液化破坏及震荡体破坏三种破坏模式发生侵蚀再悬浮。此外,海流、风暴潮、人类活动以及海底生物的扰动作用等对沉积物再悬浮起着不可忽视的作用。BBLs沉积物再悬浮原位观测是研究BBLs沉积物再悬浮最基础也是最重要的手段之一,常用的原位测试手段有水体采样、OBS、激光粒度仪、ADCP/ADV以及电法测量。海底悬沙和底沙的交换程度直接影响底层悬沙浓度的变化,沉积物再悬浮的定量分析成为海洋沉积过程研究的主要内容之一。系统地总结前人的研究成果,重点围绕海底边界层理论、海底沉积物再悬浮的影响因素、沉积物再悬浮的原位观测以及海底沉积物再悬浮的定量分析等几个问题进行综合评述。     

海底边界层沉积物再悬浮的研究进展北大核心CSCD

海床沉积物受海洋水体的影响形成海底边界层(Bottom Boundary Layers,BBLs)。上部海水与下部沉积物在BBLs发生着复杂的相互作用,直接影响海底沉积物侵蚀、再悬浮与堆积过程。与此同时,沉积物颗粒可能携带的污染物解析释放,BBLs研究的科学意义与工程应用价值日益突显。海底边界层的范围已经远远超出了传统的流体力学中边界层的范围,而是海床界面上下一定范围内,水流与海床相互作用的区域。在波浪作用下BBLs沉积物以海床剪切破坏、海床液化破坏及震荡体破坏三种破坏模式发生侵蚀再悬浮。此外,海流、风暴潮、人类活动以及海底生物的扰动作用等对沉积物再悬浮起着不可忽视的作用。BBLs沉积物再悬浮原位观测是研究BBLs沉积物再悬浮最基础也是最重要的手段之一,常用的原位测试手段有水体采样、OBS、激光粒度仪、ADCP/ADV以及电法测量。海底悬沙和底沙的交换程度直接影响底层悬沙浓度的变化,沉积物再悬浮的定量分析成为海洋沉积过程研究的主要内容之一。系统地总结前人的研究成果,重点围绕海底边界层理论、海底沉积物再悬浮的影响因素、沉积物再悬浮的原位观测以及海底沉积物再悬浮的定量分析等几个问题进行综合评述。     

波浪作用下直立堤前床面边界层内传质速度

本文研究立波作用下的层流、紊流边界层内的流速和传质速度,并采用谱法将传质速度推广到不规则波情况.根据实验与计算分析,研究了床面边界层内传质速度在堤前冲刷中的应用.研究结果表明,在传质速度的峰值附近形成底沙的冲刷坑;由于不规则波作用下堤前传质速度的峰值沿程递减,因此相应冲刷坑的深度沿程减少.     

珠江河口底边界层Taylor假设检验

通过三台ADV对珠江河口伶仃洋底边界层的Taylor假设进行了检验。实验结果表明:1)当平均流速大于0.1 m/s时,相距8 cm的两台ADV之间的空间相关系数和时间相关系数基本满足相等关系,表明Taylor假设在河口底边界层具有一定的合理性;2)空间相关系数的变化反映了湍涡最大相关尺度的变化。对于距底20 cm的底边界层湍涡,其最大相关尺度的临界值约为12 cm。超出该范围后,湍涡将不再具有相关性。     

红树林对潮流底边界层动力过程的影响

红树林是重要的滨海湿地木本生物群落,其生物地貌过程对防风护堤具有重要作用。为深入研究红树林近底部泥沙输运的机制,在福建漳江口红树林进行了现场观测。通过对比光滩和红树林处的水动力和泥沙动力过程发现,红树林对流速具有明显的阻滞作用和偏转效应,且光滩处沉降作用和再悬浮作用均较明显,红树林处沉降作用明显。结合输运方程计算结果发现,光滩上的沉积物通过潮沟向红树林输运,并为红树林截留沉降,表明红树林可以通过降低水动力以及植物吸附来影响悬沙运动,具有良好的促淤作用。     

长江河口区边界层参数的观测与分析

2003年11月在长江口南槽用ADCP进行定点水文观测,结果表明研究区为不规则半日潮,在水流转向期流速较低时常出现悬沙浓度峰值。根据流速对数剖面分布模型与悬沙分布模型,分别计算了海底边界层参数,其中潮周期内摩阻流速可达0.15 m/s,粗糙长度为0.01~1.2 m,拖曳系数为10-3~10-4,边界层厚度为2~4 m,悬沙的沉降速率为0.2~6 mm/s。     

河口海岸底部边界层和细颗粒泥沙过程??

水动力、细颗粒泥沙过程是淤泥质河口海岸变化的重要物理过程 ;并具有这样的特征 :强密度梯度、高度不稳定和非均匀流、高浓度泥沙、底床与流相互作用、难确定的底床／水界面。淤泥质河口海岸水动力、细颗粒泥沙过程的研究主要起因于：１）海洋科学的基础理论研究 ;２）港口航道的建设、维持（整治、疏浚）、海岸防护工程实践等需要。就淤泥质河口海岸水动力、细颗粒泥沙过程而言 ,水流最重要的部分是底部边界层。为计算河口海岸水流中的底床切应力 ,必需考虑边界层。在淤泥质河口海岸底部边界层内 ,强劲的潮流、波致流可以引起淤泥底床沉积…     

简单海-气边界层模式中的埃克曼流动Ⅰ——无限深海的情形

近十余年来,海洋和大气相互作用这一课题日益受到人们的关注。从海-气边界层结构以及通过海面的物理量和化学量输送机制的研究到大尺度海洋和大气相互作用的研究都取得了可喜的成果。此外,还从海洋和大气相互作用的观点探索了风暴潮预报的新的可能途径[2]。然而,由于问题的复杂性,通过海面以及海-气边界层的物理量的小尺度输送机制迄未得到澄清,企图从本质上改善大尺度海洋和大气相互作用的理论是不现实的。     

非线性大气Ekman层三维动力学特征

本文采用Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ近似，利用地转动量近似（ＧＭＡ）方法，研究了大气Ｅｋｍａｎ层的三维非线性动力学特征，得到了Ｅｋｍａｎ层中三维风速分布的解析解，着重讨论了热成风对Ｅｋｍａｎ层水平风速分布的影响，对传统的求垂直速度的方法进行了改进。     

简单海-气边界层模式中的埃克曼流动Ⅱ——有限深海的情形

本文是文献[3]研究工作的继续。利用文献[3]中所用的海-气边界层模式,重点考虑海深和底坡的影响,将该文的研究成果直接推广到有限深海的情形,和无限深海情形下所获得的相应结果进行比较,简洁地阐明两者的异同,并就海底摩擦以及浅海风暴潮的估值和导致风暴潮的发生和发展的大气强迫力作一简短讨论。     

冰岛—法罗海脊东南深海底形及底流特征

冰岛—法罗海脊位于东北大西洋和挪威海之间,其东南侧水深600~1 200 m,构成法罗—设德兰水道(FSC)和法罗浅滩水道(FBC),两者相连合为挪威海深水通道(NSDW)。持续而强劲的底层冷水流可搬运并沉积砂和砾级碎屑。利用侧扫声纳图、地震剖面和海底摄像识别出的大小沙波、新月形大沙丘、沙流、沙带、沙影和慧星痕等各种底形分布于顺水道5个区片中。一些大沙丘和沙带等大型底形形成于全新世大西洋期,如今基本稳定,偶尔活动,其他底形均处于运动之中。深海沉积底形结合水文实测资料揭示NSDW水道自(61°N,5°W)向南再向西流,至第3出水口(冰岛盆地),全长约850 km,宽约10~30 km或更宽,冷水底层厚100~200 m,流速0.3~1.0 m/s或更高。在更向南的区域,逐渐混合于东北大西洋。     

1013号“鲇鱼”台风大气边界层低层动量通量逆梯度输送的观测特征

为了进一步揭示大气边界层低层动量通量逆梯度输运的观测事实,本文利用福建南部赤湖镇海边100m铁塔上观测得到的超声风温仪资料,采用诊断方法分析了2010年13号"鲇鱼"台风影响过程中近海面边界层大气中动量垂直通量逆梯度输送特征。结果表明:在逐小时时间尺度上台风近海面边界层大气中湍流动量垂直通量输送以沿梯度方向为主,但也存在一定比例的逆梯度方向输送现象,且越往高层该现象越明显,本文中其百分比最高不超过16%。并且这一现象出现的频率在台风环流的不同区域存在差别:在台风环流的内核区域最多,其次是登陆以后残余环流区,而在早期的台风外围环流中较少。湍流低频扰动的相干结构也是影响因素,当水平扰动与垂直扰动出现同位相变化时容易出现动量垂直通量逆梯度输送。大气动量通量逆梯度的水平和垂直平均空间尺度分别为258m和35m,平均时间尺度分别为123s和13s,均小于通常的顺梯度湍流低频扰动的时空尺度的1—3倍。