波生运动和波湍相互作用对海洋上混合层影响的数值探究

本文将波生运动和波湍相互作作用的参数化方案嵌入一维垂向混合模式GOTM中,并与不考虑波浪效应以及仅考虑波浪破碎的试验结果进行对比,发现不考虑波浪效应时,海表温度模拟结果偏高,混合层深度模拟结果偏浅,偏差在夏季尤其明显。波浪破碎对湍流的增强作用仅限于上层几米甚至仅限于表层,对整个混合层的温度分布和混合层深度影响不大。波生运动和波湍相互作用则有效增强海洋上层的湍流强度,改善模式高估海表温度而低估混合层深度的问题,温度分布模拟结果降低了上层温度同时增大了次表层温度,与观测更加相符。波生运动和波湍相互作用增大了海洋上层的湍流剪切生成项、湍动能、耗散率和湍流输运系数,两者对上混合层的温度分布、湍流强度和湍流输运作用的改善结果十分相似。波生运动和波湍相互作用的影响在冬季并不明显,此时可能有其他混合机制占主导地位。     

垂向混合参数化方案对模拟黄海夏季上层温度结构的影响研究

采用POMgcs(Princeton Ocean Model with generalized coordinate system)和MITgcm(MIT General Circulation Model)两个海洋数值模式,研究了M-Y2.0、基于固壁近似假定的M-Y2.5、基于波浪破碎作用的M-Y2.5和KPP 4种垂向混合参数化方案对模拟黄海夏季上层温度结构的影响。结果表明,M-Y2.0和基于固壁近似假定的M-Y2.5方案低估了黄海上层的湍动能,模拟的黄海夏季温度上混合层的效果与实测相比均偏浅,不能够很好地重构黄海夏季温度的垂直结构。而基于波浪破碎作用的M-Y2.5和KPP方案均可以增加海洋上层湍动能的输入量,模拟的黄海夏季温度上混合层的效果与实测较为一致。故推测黄海夏季的上层结构是受波浪混合和流场剪切等物理机制共同调节的,若通过合理的垂向混合参数化方案将这些物理机制的作用加以体现,将会较真实地模拟和重构出黄海夏季海温上层结构。     

波浪破碎诱导的海-气无机盐通量的参数化

波浪破碎诱导生成的海盐粒子是海洋向大气输运无机盐的主要机制,海气界面的无机盐通量对于全球气候变化有重要影响。本文开展了实验室实验模拟海盐粒子生成实验,定量考察了温度和盐度对海盐粒子中离子质量分布的影响,揭示了初生海盐粒子中各离子的富集和亏损现象与温度和盐度的关系。基于实验室观测分析结果和推测假定,提出了1个既包含海面风速、又反映海表温度和海表盐度影响的海-气无机盐通量参数化方案。将此参数化方案应用于估计海盐粒子向大气输运的各种无机盐离子质量通量,并与传统方法估算结果进行了比对分析。     

斜坡平台波浪破碎数值模拟

波浪在斜坡地形上破碎,破波后稳定波高多采用物理模型试验方法进行研究,利用近岸波浪传播变形的抛物型缓坡方程和波能流平衡方程,导出了适用于斜坡上波浪破碎的数值模拟方法。首先根据波能流平衡方程和缓坡方程基本型式分析波浪在破波带内的波能变化和衰减率,推导了波浪传播模型中波能衰减因子和破波能量流衰减因子之间的关系;其次,利用陡坡地形上的高阶抛物型缓坡方程建立了波浪传播和波浪破碎数学模型;最后,根据物理模型试验实测数据对数值模拟的效果进行验证。数值计算与试验资料比较表明,该模型可以较好地模拟斜坡地形的波浪传播波高变化。     

区域海－气耦合模式对海表粗糙度参数化方案的敏感性研究

本文回顾了近年来海表粗糙度参数化研究成果,借助COARE算法对四种粗糙度参数化方案下海浪对海气界面通量及大气底层运动的影响进行分析,并对高海况条件下,区域海－气耦合模式对海表粗糙度参数化方案的敏感性进行了初步的探讨。研究表明：海表粗糙度受海面波浪状态的影响,在其参数化方案中考虑波龄的作用后,在高风速、低波龄区,波浪作用使海气界面上的动量和热量通量显著增加;波浪通过参与海气界面上的动力和热力作用影响低层大气运动,低波龄条件下,波浪作用使大气运动减弱,高波龄条件下,波浪作用较小;区域海－气耦合模式对海表粗糙度参数化方案较敏感,不同的参数化方案对台风路径影响不大,对台风强度影响显著,从本文的个例来看,采用Smith92和Liu07方案的模拟结果更接近实测值。本文的研究结果为更合理的参数化海气界面的物理过程,提高耦合模式的模拟准确率提供了一定的参考。     

乳山湾邻近海域波浪特征要素规律研究

基于高分辨率MASNUM第三代海浪模式并根据Yuan等(2009)提出的波浪破碎统计物理模型,对乳山湾外海2008年各个季节波浪特征要素(有效波高和跨零周期等)与波浪破碎参数(白冠覆盖率、卷入深度和破碎能量损耗率)进行了数值模拟。利用Janson-1卫星高度计观测资料对有效波高模拟结果进行了检验,平均误差在0.17m左右。模拟结果显示,该海域波浪参数具有明显的季节变化特征,在2008-08乳山湾邻近海域受大风天气过程影响期间,有效波高在1.0~1.8m,破碎参数变化显著,白冠覆盖率最大达4.5%,卷入深度在1.5m以上,相应的破碎能量损耗率量值在6~11kg/s3。结果表明,波浪破碎过程对该区域海洋动力环境有着重要影响,是造成乳山湾口表层高溶解氧的可能机制之一。     

两种湍流参数化方案针对水体温度演变过程的模拟与比较

依据山东跋山水库的观测数据,采用MY2.5参数化方案和κ-ε参数化方案在不同的表面边界条件下模拟观测的温度剖面演化过程。模拟结果显示,在风应力强迫的表面边界条件下,采用这两种参数化方案的模拟结果差别不大;当考虑Mellor和Blumberg的波浪破碎表面边界条件时,采用MY2.5参数化方案的模拟结果没有明显的改善,但采用κ-ε参数化方案的模拟结果有明显的改善,得到与观测相符的模拟结果。     

海洋水文多参数测量仪确定主波向的方法和应用

海洋水文多参数测量仪是南海海洋研究所新研制的一种可以同步测量海流、波浪、潮位、水温、电导率的仪器,利用同步观测压力和矢量流速估计海面方向谱的方法（PUV方法）可以计算得到海面方向谱,进而求得主波向。利用该仪器现场实测数据与荷兰MARKⅡ型“波浪骑士”方向浮标观测资料进行对比分析,表明两者的主波向吻合性好。     

深水波浪破碎特征量与风速和摩擦风速的关系

破碎是常见的海浪现象之一,研究海浪破碎现象在许多方面有重要意义.首先,海浪破碎是海-气相互作用包括动量、热量及质量交换的主要动力因素,而且波浪破碎还涉及到其它海-气边界过程,如海面白浪(whitecaps)、海洋表面气泡、大气贴水层水雾及海洋上层混合等[1,2];其次,由于破波施加于海洋结构物上的作用力(冲击力)远大于没有破碎时的波浪力,因此,在计算海上建筑物所受外力中,必须考虑破波的出现率及破波强度的影响;另外,波浪破碎会对波高产生影响,因此,在对波高作统计预报时也应考虑波浪破碎的影响[3];还有的学者认为,很多污染物在海洋中的扩散速度与波浪破碎率有密切关系[4].     

估计海表温度的1种简便方法

依据随机过程线性均方估计的正交原理,可由水文站获得的海洋要素估计工程点的海洋要素。利用1984~2003年的卫星海表温度(SST)数据将该方法用于估计海表温度,并对该方法产生的误差进行了分析,结果表明该方法比传统方法更能有效地减小误差;其意义在于可在陆地台站和工程点进行一段时间的同步观测,找出两者之间的相关系数,之后便可长期由台站气温估计工程点的海表温度。     

波群内单个波的波陡分布与波破碎

对波群内单个波的波陡分布和波破碎进行了实验研究。研究结果是,波群中波动的最大振幅出现在波群前部而不是出现在波群中央,这种不对称性导致波群前部单个波出现大波陡的概率大于后部单个波出现大波陡的概率;进一步的波破碎统计发现波群前部单个波破碎的频率是后部单个波破碎频率的4倍。因此认为,波群结构的不对称性能够导致单个波发生破碎的...     

Application of VOF in Calculating Wave Energy Loss due to Spilling Breaker

- A large amount of experimental analysis and systematical theoretical calculation has been done by the authors to solve the problem of wave transformation and breaking, considering the effect of both current and topography, but only the wave energy loss due to spilling breaker in the surf zone has been discussed in this paper. Based on test result analysis and calculation with the Stream Function Wave Theory, the wave velocity field at breaking points has been obtained, and it is used to calculate the wave heights after breaking by the VOF (Volume of Fluid) method, in which the governing equations are continuity equation and Navier-Stokes Equation for imcompressible fluids. In the present paper, the improved VOF technique is used to calculate the wave heights of stable regular waves after breaking. Results fit the test data well, which shows that the VOF method is suitable to numerical simulation of regular waves after breaking. Besides, the breaker coefficient B of regular waves in the bore model is a     

台湾海峡及其邻近海域灾害性海浪的时空分布

据１９６６～１９９３年台湾海峡及其邻近海域灾害性海浪观测资料的统计分析得出,东海灾害性海浪平均每年出现１１．４６次,台湾海峡为７．２９次,台湾以东洋面及巴士海峡为１０．１１次;该区灾害性海浪出现次数有显著的年际和月际变化。这些结果可为台湾海峡区域海洋学的发展提供有意义的素材,也为防灾减灾,做好灾害性海浪短期预报和中、长期预测提供一条有效途径。     

近40年中国近海波浪数据库的建立及极值分析

采用TOMAWAC模型模拟近岸40年的波浪要素。波谱计算采用36个方向,模拟波周期范围为1.5～29 s,并对极值波况进行分析。统计了1979—2018年间有效波高的年极值,算得百年一遇的有效波高,发现百年一遇波高由北往南总体呈现增大趋势:渤海和黄海的百年一遇的波高不超过10 m;东海百年一遇的波高在15～22 m之间;南海北部百年一遇波高的范围比较大,靠近台湾部分最大达到了22 m,海南岛西部较小,在10～15 m之间。引用SET值相关指标对极端波浪的发生次数、持续时间和强度进行分析,发现渤海、黄海北部、台湾海峡以及南海西北部极端事件频繁发生,平均每年有5～7次,台湾岛西南部极端事件的平均历时最大,达到了32 h。     

近岸水域波浪变形数学模型

本文采用波数矢量无旋和波能守恒方程建立了一个近岸水域波浪变形数学模型,模型中采用Ｂａｔｊｅｓ关系与波数矢量无旋,波能量守恒方程一起来求解近岸水域波浪折射绕射的联合影响的波浪要素。利用本文提出的数学模型对一个斜坡浅滩水域波浪折射绕射现象进行了验证,结果表明本文提出的近岸水域波浪变形的数学模型是可靠的,计算所得结果与试验结果是吻合的。     

规则波和不规则波作用下消波建筑物前的波高分析

消波建筑物在国内外已得到广泛应用。本文采用近似方法分析了明基床上直立式消波建筑物前的波高及消波室内的波高，从而确定建筑物的消波效果。并在规则波的基础上将成果推广至不规则波作用下的情况。     

Wave Breaker Indices in Finite Water Depth

Based on the analysis and comparison of wave breaker indices defined by geometric, kinetic as well as dynamic stabilities and verified by observation, the value a, which is equal to H / Lthkd by Miche's result and may be modified by Goda's results, is" suggested as the wave breaking criteria. The applicable values of a for pure waves or wave-current co-existing field are given in this paper. They are smaller than Miche's result (0.142), and they have been verified by model tests.     

南麂站定常波风浪波高与风速的经验关系

本文以南麂海洋站１９８３～１９９０年风、浪的实测资料为依据，建立了南麂海城春、夏、秋、冬季定常波风浪波高与风速的经验关系式。检验结果表明，曲线回归显著，计算值与实测值吻合良好。文中还对偏ＮＮＥ向和偏ＳＳＷ向计算波高随风速增大的快慢，同一方向在同一风速作用下计算波高的季节变化及其机理作了初浅的讨论。     

Reflection of Short Waves

—According to the energy equation,the relation between reflection and energy losses for shortwaves from mild beaches is established and analysed.A reflection coefficient varying with position and en-ergy losses is proposed.Different reflection tests are conducted to check the theoretical analysis.A modi-fied method to estimate the reflection coefficient at varied water depths is suggested based on the linearwave theory.The study indicates that the reflection coefficient from mild beaches has a changing trend forshort waves approaching shoreline.     

中国近海2012年灾害性海浪分析及2013年预测

总结分析了2012年中国近海有效波高≧4 m的灾害性海浪过程及灾情概况,并对2012年度的预测结果进行了检验评估。依据1968—2012年有效波高≧4 m的灾害性海浪的统计资料,结合2013年副热带高压及热带风暴的分析预测资料,预测了2013年中国近海灾害性海浪过程的出现次数,以及分海区的出现天数,预测结果可为今年的海洋防灾减灾提供技术支持。