日本琵琶湖的水动力三维数值模拟

在笛卡尔坐标下，运用流体水动力学的方法，并在前人观测资料的基础上建立了一个三维水动力数值模式，并对日本琵琶湖风生流进行了数值模拟。结果表明，在５ｍ／ｓ的东南风、西南风、东北风作用下，湖的北端均有气旋式环流出现，在５ｍ／ｓ西北风作用下，湖的北端有反气旋式环流出现。在各种方向风速驱动下，中、低层场或形成与表层一致的环流型，或呈现明显的垂直切变。     

渤海湾水位、流场的一个数值预报模式

本文利用普林斯顿海洋模式(POM),建立了渤、黄海风增水预报模式和渤海湾水位海流预报模式;利用正交曲线网格提高重点区域的分辨率;采用美国海洋大气局(NOAA)全球预报风场和气压场作为模式表面强迫场,将计算域边界上的天文潮预报值与风增水模式预报的余水位相叠加构建模式的边界条件,在正压条件下,模拟了渤海湾2002年的水位流场过程。结果表明,模式能够较好地再现计算域内天文潮和综合水位的预报,域内10个潮位站模式与实测分析的m1和M2分潮的振幅与迟角差均不超过5.1cm和6.3°,15个潮流站模式与实测分析的m1和M2分潮流的振幅与迟角差均不超过7.5cm/s和15.8°,模式预报的水位值与塘沽站实测值非常接近,预报精度较单纯的天文潮预报有明显提高。     

珊瑚礁冠层水动力学问题研究综述

珊瑚礁冠层水动力学的研究不仅对维护珊瑚礁生态系统的健康以及生态修复具有指导意义,还能为在台风浪等极端波浪影响下的海岸带防灾减灾提供决策依据,也对预测珊瑚礁上的泥沙输运和珊瑚礁海岸线演变具有重要的参考价值。本文回顾了珊瑚礁冠层水动力学的研究现状,从冠层内外流动特性、冠层阻力特性及冠层阻力的模拟方法 3个方面对当前该领域的研究进展进行了系统的综述,并提出未来冠层内外流动特性的研究可关注更复杂的波浪或波流共同作用下的水动力特性,冠层阻力特性应充分考虑冠层骨架结构的各向异性,冠层阻力的模拟可采用直接求解基于Navier-Stokes方程来复现冠层尺度下的精细化流场。     

南海环流的一个两层模式

本文用一个两层模式,对黑潮在南海海盆中诱导出现的环流现象进行机制性的模拟.文章表明南海环流的主要特征表现为在东沙群岛附近存在约280d的周期性的气旋涡系统的盛衰现象,进一步证实了南海北部陆坡外的西(西南)向海流实际上是气旋涡南侧的循环海水再向北流动的再循环水,并指出该海流具有很强的斜压性;文章还指出,在一定的条件下,黑潮入流有可能向西侵入南海北部,从而形成反气旋式的套状流结构.     

东海环流的一个两层模式

本文用一个两层原始方程数值模式，对东海的环流现象进行了机制性的探讨。从整体上来看，海区的一些主要流态特征彼此密切相关，且在动力上都是比较稳定的。黑潮在台湾东北的入侵主要表现在下层。底斜联合效应（ＪＥＢＡＲ）、惯性效应、摩擦效应都是这支入侵流态的发生机制，而底形与行星β效应则使它表现出向岛强化的特征。下层黑潮入侵后，大部分作反气旋回转，成为台湾暖流（ＴＷＣ）下层的外海分支。ＴＷＣ下层沿岸分支能否形成，则取决于黑潮入流上下流速比γ的大小，以及上层海峡入流是否北上。ＴＷＣ上层流动的形成是海峡水入侵后在β效应作用下的结果，它在温州外海也将分出一支向外海流去。文章指出，台湾东北的冷水块不是“尾涡”所致，而是下层黑潮舌状入侵的具体表征；台湾北部的暖涡则是上层ＴＷＣ北上时与冷水块相互作用的结果。此外，本文对钓鱼岛以北的锋涡与逆流现象也作了一些初步的分析与讨论。     

一个斜压海洋环流数值模式及其数值试验

为研究大尺度海洋环流和一些大尺度海洋物理过程,我们建立了一个无海底地形的三层斜压海洋环流数值模式。模式方程采用了静力近似和Boussinesq近似,在上边界采用了钢盖近似。同时,还做了两个数值试验:第一个模拟试验,海洋从静止状态开始,以4个季节的气候平均风应力和海表大气季节平均温度为强迫条件,积分区城选择45℃以北的太平洋,数值积分了5个模式年,这时海洋的上层环流和温度的年变化趋于平稳。计算结果再现了太平洋气候平均状态的海温分布和主要海流的大尺度特征以及它们的年变化特征。如西部强化流、赤道潜流等。第二个数值试验,在第一个数值模拟的基础上给定赤道西太平洋一个风应力异常区,数值积分了几个月。从计算结果中可看到类似E1 Ni■o的现象,并且初步地分析了赤道波动在E1 Ni■o形成过程中的作用。     

斜压海洋动力学的一种三维数值模式 Ⅰ.动力学方程数值格式

依据自由海面海洋动力学原始方程建立了一种三维有限差分数值模式,可用于潮波、风暴潮和海流的数值模拟和预报。运动方程和连续方程的数值格式采用内、外模态分离的技术。外模态采用交替方向隐格式,用于计算海面高度和垂直平均流速,时间步长不受Ｃｏｕｒａｎｔ－Ｆｒｉｄｅｒｉｃｈｓ－Ｌｅｗｙ条件限制;内模态采用半隐格式,用于计算海流的垂直２颁布,其时间步长可大于外模态时间步长。模式的计算程度比一般显式模式可快１０倍     

一个东海潮汐数值模式及检验

为验证一个东海潮汐数值模式结果的精度并了解我国东海区域的潮汐特征。该文使用T_TIDE对东海大桥南和洋山站的潮汐资料进行调和分析, 并针对所研究区域最主要的8个分潮: M₂、S₂、K₁、O₁、N₂、K₂、P₁、Q₁分别对比两站实测数据与模式结果的调和分析结果。结果表明: 两站点的模式结果和观测海表高度的均方误差D与潮汐产生的海表高度变化V的比值为25.99%和25.29%, 模式结果计算所绘制的M₂和K₁分潮的同潮图与前人研究结果在无潮点的位置、同潮时线、等振幅线的分布和趋势上相似。这说明了使用时间长度相同但年份不同的实测数据验证潮汐数值模式结果的可行性, 并能够帮助了解我国东海区域的潮汐特征。     

离岸流灾害水动力学过程的数值模拟研究

离岸流是近岸流的重要组成部分,当波浪受到特殊海滩地形的影响,会形成一股沿着离岸方向运动的高速水流,能够迅速将人带离海岸,对海滨安全造成威胁。为了深入探究离岸流的形成机理及水动力学特性,本文基于二阶Stokes波浪理论,采用了更为光滑的变截面沙坝模型,通过流体体积法捕捉自由液面,对离岸流进行三维数值模拟探究。本文重点分析了离岸流产生时流场的瞬时速度、时均速度、压强等不同参量的分布规律,结果显示在沙坝和海岸线之间,有一对方向相反的水循环体系;对比不同流层离岸流的速度,了解到波浪与离岸流的耦合作用;并探究了入射波波高对离岸流强度及分布区域的影响,深化了对离岸流水动力学过程的认识。     

单层开缝板沉箱防波堤水动力学特性研究

用阻抗分析方法,对有一块开缝板和一个消浪室组成的开缝板沉箱防波堤的波浪反射系数进行系统的研究。在对开缝板消波机理分析基础上,导出一个所有参数都可计算的、完全封闭的波浪反射系数理论公式。该式物理概念明确、结构简单,与已知学者的试验成果对比,理论与试验吻合良好。     

波流场中张网渔具水动力学特性的数值模拟

张网是我国沿海重要的捕捞作业渔具,在作业过程中受到水流与波浪的联合作用。本文应用有限元方法与集中参数法建立了张网在波流场中的动力学方程,以预测张网在波流作用下的水动力学特性。将数值计算结果与水槽模型实验结果进行比较,符合良好,表明本方法可以在一定程度上代替传统的水槽模型实验,为张网渔具设计和优化提供一种可供选择的数值分析方法。     

一个稳态Kalman滤波风暴潮数值预报模式

利用Kalman滤波资料同化技术将海洋站水位观测资料融入二维线性风暴潮模式中,研制具有资料同化能力的风暴潮预报模式,改进风暴潮模式计算结果.通过在风暴潮模式的动量方程中加入模式噪声项来修正模式本身和气象强迫力的不确定性.确定性模式的输出通过带有观测噪声的观测方程与可利用的海洋站的潮位观测资料联系起来.假定初始的模式噪声和观测噪声满足均值为0的高斯分布,用迭代法得到计算区域的状态向量的稳态Kalman滤波,进而得到风暴潮模式输出的最优线性校正结果.利用这种资料同化技术,对1956年发生在东海的一次强风暴潮过程进行了后报试验,结果表明,该同化方法对短期风暴潮水位后(预)报有一定的改进.     

一个近岸海流数值计算模式的开边界条件

为了计算的省时性,ＩＡＰ近岸海流数值模式采用了分解算法,即将控制方程分解为３个过程并用不同的时间步长进行积分。文章在此基础上对分解后的控制方程作局地线性化,得到了适合不同过程的开边界条件。对于适应过程,控制方程变换为等价的表示沿不同方向传播波动的特征方程。传出计算区域的波动用特征方程来描述,而传入波动则由无反射边界条件来消除。对于演变过程,求出了解析形式的通解。在流出点上,边界条件可以借助解析解由上一时刻区域内部或边界上的已知值求得;而在流入点上,边值保持定常。对于耗散过程,不需要边界条件。最后对所提出的开边界条件进行了数值检验,结果是令人满意的。     

太湖夏季环流成因的数值研究

强潮河口盐水入侵对饮用水源地危害极大。基于平面二维水动力盐度模型, 对典型强潮河口—钱塘江的水动力及盐水入侵过程进行了数值模拟研究。结果表明枯水径流时盐度变化与潮位过程曲线类似, 潮差对盐度大小影响显著, 径流量的增加将逐渐减小其相似程度。当流量增加到一定程度后, 继续增加的一定径流量所产生的抑咸效果减弱, 水资源有效利用率降低, 此时允许水源地盐度超标并改从蓄淡避咸水库取水可有效节约水资源。盐度平面分布显示, 盐水入侵在强潮河口弯道处受涨潮流主流线影响明显, 靠近主流线一岸的盐度大于对岸, 单从盐水入侵角度考虑, 强潮河口弯道段的取水口应设置在远离涨潮流主流线一岸。钱塘江河口盐度数值模拟对于研究减轻盐水入侵对水源地危害的措施具有指导意义。     

一个近岸海流数值计算模式的开边界条件

为了计算的省时性,ＩＡＰ近岸海流数值模式采用了分解算法,即将控制方程分解为３个过程并用不同的时间步长进行积分。章在此基础上对分解后的控制方程作局地线性化,得到了适合不同过程的开边界条件,对于适应过程,控制方程变换为等价的表示沿不同方向传播波动的特征方程。传出计算区域的波动用特征方程来描述,而传入波动则由无反射边界条件来消除。对于演变过程,求出了解析形式的通解。在流出点上,边界条件可以借助解析解由     

东海冬季环流的一个四层诊断模式

本文依据国内外学者的研究成果,特别是近年开展的“中日黑潮联合调查研究”的成果,在球面坐标系下建立一个斜压、分层的诊断模式。该模式采用了0.25°×0.25°经纬度的细网格,并考虑了实际地形和风场的影响,较好地模拟了东海冬季流场的水平与垂直特征,而且还模拟出台湾暖流的北上途中大约在29°N、124°30'E附近存在一个反气旋涡旋,另外该模式分别试验了地形、风场、边界流量和纬度效应对东海环流的影响,还对台湾暖流、对马暖流的来源以及沿岸陆架上升流进行了探讨。     

黄海、渤海水温垂直结构数值预报方法研究 Ⅰ．一维数值预报模式

本文根据历史水温资料分别建立无维温度θＴ，和无维深度η，进而建立水温垂直剖面的无维自模函数θＴ＝ｆ（η）。在此基础上，利用热传导方程在忽略平流和侧向涡动效应条件下建立描述表层水温（ＴＳ）、底层水温（ＴＨ）和上均匀层厚度（ｈ）的一维模式。利用本模式试报了（时效为５ｄ，１０ｄ，１５ｄ）南黄海２０个站的ＴＳ，ＴＨ，ｈ及温跃层厚度和强度，结果令人满意。     

黄、渤海水温垂直结构数值预报方法的研究 Ⅱ.二维数值预报模式

文中根据黄、渤海区水温资料建立了无维深度η和无线温度θ_T以及相应的水温垂直剖面的相似函数θ_T=f(η).在此基础上,设:上均匀层厚度h=h(x,y,t)、表层水温T_s=T_s(x,y,t)、上均匀层以下的温度T_z=T_s(x,y,z,t)、底层温度T_H=T_H(x,y,t)、流速分量u=u(x,y,t)、v=v(x,y,t)和海面起伏ζ=ζ(x,y,t),提出了水温垂直结构的二维数值预报模式,模式的求解是用“ADI”和“HN”法进行.文中引列了预报时效为4天的试报结果,效果是令人满意的.     

黄、渤海水温垂直结构数值预报方法的研究——Ⅰ.一维数值预报模式

文中根据历史水温资料分别建立无维温度θ_T和无维深度η,进而建立水温垂直剖面的无维自模函数θ_T=f(η)。在此基础上,利用热传导方程在忽略平流和涡动效应条件下建立描述表面水温(T_s)、底层水温(T_H)和上均匀层厚度(h)的一维模式。文中,利用本模式试报了(时效为5、10、15d)南黄海20个站的T_s、T_H、h、温跃层厚度和强度等,结果是令人满意的。