海冰动力学过程的数值模拟

讨论了海冰动力学性质并阐述决定海冰漂移的动量平衡,冰脊和水道形成及确定冰应力与形变、强度之间关系的海冰流变学.提出了模拟海冰动力学过程的数值模式,模式中冰厚分布由开阔水、平整冰和堆积冰3种要素表示.在这3要素的预报方程中引入形变函数,采用一种参数化方法模拟冰脊和水道.为了表示冰内相互作用,将海冰作为一种非线性粘性可压缩物质,采用粘-塑性本构关系.本文还概述和讨论了模式中所采用的数值方法,应用此模式模拟了渤海、波罗的海的波的尼亚湾和拉布拉多海的冰漂移.渤海冰漂移模拟结果明显地显示出潮周期变化,还模拟了渤海的冰脊和水道,进行了海冰流变学参数的敏感性试验.并将此冰模式与大气模式和边界层模式联接,给出渤海海冰预报结果.     

北极海冰数值模拟研究述评

根据国内外近年发表的主要文献,详细介绍北极海冰数值模拟工作的最新进展。综合评述各种主要动力学模式的特点和不足,指出与数值模式有关的主要物理问题,重点介绍海冰模式所特有的问题以及海冰数值模拟工作的发展方向。对以往的数值工作和海冰数值模拟的主要问题进行了总结,并在理论和实践方面进行了深入探讨,有助于我国相关工作的开展。     

南极普里兹湾海冰数值模拟试验

海冰在全球气候的变化过程中,具有举足轻重的作用。在气候模拟中,海冰预报的准确性直接影响到对气候的中、长期预测。海冰的成长和消融受诸多物理过程控制,其中海冰的热力过程是最重要因素之一。     

渤海海冰季节演变的数值模拟

MM5数值产品作为大气强迫,利用冰-海洋耦合模式模拟2003～2004冬季渤海海冰演变过程。与海冰遥感、海洋站监测资料等实测资料相比,初冰日和终冰日和观测数据比较接近,模拟海冰各个发展阶段主要分布特征和MODIS遥感图像相似,但模拟的海冰厚度与辽东湾93平台、202平台的冰厚观测数据相比存在较大出入,说明该模型还有待改善。总体上看,冰-海洋耦合模式基本具备模拟渤海海冰季节演变过程的能力。     

海冰热力模式及北极海冰季节变化的数值模拟

本文给出了一个改进的海冰热力模式,主要通过海面和冰面的温度变化及热量收支,用来计算海冰面积和厚度的时空分布。     

普里兹湾海冰季节性变化的高分辨率数值模拟

普里兹湾海冰以一年冰为主,海冰覆盖存在较大的季节性变化.海冰的分布及其季节性变化主要受当地大气环流及海流的影响.基于一个海洋-海冰耦和模式,模拟研究了该海区海冰的季节性变化特征.海洋模式基于MIT环流模式(MITgcm),海冰动力学模式参考Hibler类型的VP模型,热力学过程取自Winton三层模型.模式区域覆盖整个...     

海冰与孤立桩相互作用的数值模拟

本文用数值方法模拟孤立桩与冰原冰相互作用过程中,冰的非开裂挤压脆性破坏过程和孤立桩的受力过程.设定冰原冰晶体是柱状结构,晶粒直径大小均匀,晶体主轴分布在水平方向上,符合均匀随机分布,冰体内等温、等盐、等厚,并且是在水中做匀速直线运动的半无限连续体.文中的孤立桩柱是一个大口径、固定且无振动的刚体,采用多点多单元计算的方法,使孤立桩外壳壳体局部受力,冰原冰碰撞作用部分局部受力破碎,从而计算孤立桩柱总受力.文中通过1990年2月8日渤海辽东湾冰区内JZ20-2-1平台桩柱腿受冰力的实测时间历程曲线,对由文中提供模型模拟计算的孤立桩受力过程时间历程曲线进行对比,结果两者吻合较好.     

渤海海冰漂移过程的数值模拟和试验

建立了一个包含潮流作用的准定常海冰动力学模式，利用实测风资料和计算的潮流场对辽东湾中部的冰块漂移过程进行数值模拟，模拟的冰块漂移过程和实况基本一致。表明模式具有反映冰漂移过程动力特征的能力。通过对各动力因子的数值试验，说明引入潮流作用的必要性，并分析了各动力因子在冰漂移过程中的作用。     

北极夏季海冰反照率的观测和数值模拟试验

在中国第3次北极科学考察浮冰站开展了积雪/海冰反照率观测.本文对观测结果进行了分析,并结合一维高分辨雪/冰模式(HIGHTSI)对3个常用的反照率参数化方案在天气尺度的表现进行了评估.观测期间测站反照率变化范围0.75～0.85,其天气尺度变化同天气和表面冰、雪状况紧密相关,降雪和吹雪过程可改变表面积雪厚度及水平分布,...     

2012-2013年冬季渤海海冰数值模拟研究

本文基于三维有限体积海洋模式FVCOM及其海冰模块,利用美国国家环境预报中心(NCEP)的逐时大气数据资料作为模式强迫场,以及通过调和优化后的WOA月平均气候态温盐场数据作为模式初始场,对2012年11月至2013年3月渤海海冰进行了数值模拟.通过对比数值模拟与实际海冰外缘线距离及海冰覆盖面积,模型能较好地模拟出整个渤...     

渤海海冰漂移数值研究

本文利用海冰－海洋动力耦合模式对渤海典型天气形势下海冰动力过程作了数值模拟，海冰模式建立在动量和质量守恒基础上，忽略了海冰变化的热力过程。海冰厚度被划分为三类：堆积冰、平整冰和开阔冰，冰的形变由一个厚度的重新分布约束条件确定。海洋模式是一个二维风暴潮模式．同时考虑了潮汐的作用。风场资料来自于沿岸气象观测站每日四次的风观测，计算网格是十分之一经纬度。主要的分析和模拟是在大气和海洋共同作用下海冰的漂流特点。观测结果比较表明，数值模拟结果基本上反映了该海域流冰的漂移性质，同时也可为短期冰情预报提供有益的参考。     

海冰模式和数值预报

根据渤海冰情,在海冰动力学和热力学研究基础上,提出一种海冰动力一热力模式。该模式包括平整冰、堆积冰和开阔水三要素,采用粘一塑性本构关系计算冰内应力。利用参数化方法处理变形函数和热力增长率。该冰模式与潮流模式耦合研究渤海冰－潮相互作用,并与ＥＣＯＭ－Ｓｉ海洋模式耦合进行预报试验。该冰模式与大气模式联接,或应用气象部门数值天气预报产品进行海冰业务数值预报。本文还给出了预报结果。     

波浪与渤海近岸海冰流固耦合特性的数值模拟

在波浪作用下,近岸海冰断裂发生时的极限波高和波长可以为大尺度海冰模型中的参数化提供依据。利用流固耦合数值模拟技术,结合渤海冬季近岸海冰、波浪的相关参数,模拟了波浪与小尺度近岸固定海冰的相互作用过程,得出了波浪作用下海冰的最大主应力、最大主应变和自由端位移峰值随入射波浪要素的变化规律。进一步结合渤海海冰的强度,分析了海冰由于波浪作用而发生断裂的极限波高及极限波长。结果表明:海冰最大主应力的最大值、最大主应变的最大值和自由端位移峰值的绝对值随波高、波长的增加而增大。辽东湾某典型海域,当水深为5m,海冰长为2m,冰厚为0.3m以及入射波周期为3s时,海冰发生断裂的极限波高为0.63m;入射波高0.6m时,海冰断裂极限波长为15.35m。     

渤海海冰的数值试验

本文建立了渤海海冰生消过程的模式,该模式除含有一般常用的海冰热力—动力学过程外,增加了海冰漂到暖水中的融解过程,为了探讨渤海海冰生消过程的机制,用该模式进行了一系列数值试验,具体内容为:1.在模式结构不变情况下各别地变化与海冰生消有关的某些海洋、气象等因子;2.在海洋、气象等因子不变的情况下改变模式结构,分为考虑海冰的单纯的热力学生消过程和不考虑海冰漂到暖水中的融解过程这两种情况。试验的主要结果表明,在计算渤海那样不完全封冻海区的海冰生消时,必须考虑海冰漂到暖水中的融解过程。     

一维海冰热力模式的守恒型差分格式和数值模拟

根据前人研究的一维海冰热力模式，考虑到方程的特点，采用积分插值法构造了守恒型差分格式，并对海冰热力模式所描述的冰内热扩散传导和冰底厚度的变化进行了数值模拟。当冰面覆盖积雪时，用该解法同样计算了雪层内的热扩散，考虑冰雪之间的热力相互作用后，得到冰厚在有雪盖情况下的变化。     

ENSO动力学及数值模拟的进展

最早由Bjerknes(1966,1969)提出和以后的许多研究观测都表明全球大气的年际变化(南方涛动)与热带海洋上层的文化(埃尔尼诺)有密切的耦会关系,简称为ENSO(EI Nino/Southern Oscillation).     

渤海海冰业务数值预报系统

海冰业务数值预经过二年不断改进、完善和提高，目前已经建立了包括大气、海洋和海冰模式在内的数值预报系统及资料管理、业务预报和微机通信一体化的预报服务系统。海水数值预报作为一种新的预报手段将产生明显的社会和经济效益。本文分别介绍海冰数值预报系统，业务运行，预报产品通信传输，资料管理和预报产品检验方案。     

基于质点-网格模式的海冰厚度变化过程数值模拟

根据渤海冰情,在海冰动力学和热力学研究基础上,应用一种质点-网格海冰模式于渤海海域.该模式采用了质点-网格法,有效地避免了传统模式的数值扩散问题.该模式采用了冰厚分布函数,用多种类型冰代替用于渤海业务预报的平整冰、堆积冰和开阔水3-level模式.进行理想场的数值试验,模拟冰厚变化动力过程.还使用该模式和业务预报模式对于实际渤海冰情进行了不同个例的预报试验,发现该模式在提高冰外缘线预报精度方面有一定的优势.     

潮流与泥沙数值模拟回顾及进展

回顾和总结了近年来国内外潮流与泥沙数值模拟的进展,评价分析了数学模型的多种数值解法,特别是有关二维、三维潮流数值模拟以及水沙数学模型近年来的进展,并根据目前潮流、泥沙数值模拟技术中存在的不足,讨论了进一步研究的方向和发展趋势。