遥感在水面薄层研究中应用的可行性分析及其验证

本文从遥感测温的基本原理出发，结合发生在水面力薄层内热结构变化的物理特征，分析了遥感技术用于监测水面薄层热结构垂直温度廓线与变化的可行性，据此，在气－水热力薄层的实验室模拟研究中得到了应用与验证，经实验证实这种新技术与常规手段结构可为水面热力边界层研究提供可靠的数据来源，由此认为，这一方法的研究将在微尺度海面过程，全球气候变化和水－气间能量通量研究中有着广阔的推广应用价值。     

光谱仪测量离水辐射率的处理方法

本文概述了利用光谱仪在水面之上进行水表光学特性测量的主要方法（水面之上测量法）,以及处理和计算离水辐射率、归一化离水辐射率及遥感反射率等水表光学特性参数的主要方法。对１９９８年在东海３个站点的测量数据进行了处理和分析,并与剖面法计算结果进行了比较。     

可潜器吊放回收过程中动负荷的确定

可潜器在海上的吊放回收操作是可潜器安全使用的重要方面,而合理地估算可潜器在吊放回收过程中的最大动力负荷又是吊放回收操作安全的关键。本文导出了可潜器从水下30米左右到水面这一吊放过程中可能出现的最大动力负荷的计算方法,并用可潜器模型进行了模型试验。试验结果与计算结果比较表明,两者具有良好的一致性。本文导出的计算方法也可用于计算打捞作业中提升重物至水面附近时吊索的最大张力.     

平原水网地区湖泊的水环境容量及允许负荷量

本文从平原水网地区的湖泊具体特征出发,探讨了平原水网地区的湖泊水面允许负荷量和水环境容量的计算方法,并对我国著名的淡水湖太湖进行了计算,为太湖的水质规划和保护提供了科学的依据。     

雨滴对水-气界面溶解氧与pH扩散影响的平面光极观测方法

水-气界面是一个重要的物质交换过程界面,对生态系统及生物地球化学循环过程有着重要影响。自然界的降雨可以改变水体表面平衡状态,提高气体在界面的通量交换速率,使得水体界面溶解氧和pH的水平、垂直方向浓度分布发生变化。本文利用平面传感膜具有高时空分辨率、可提供两维浓度分布信息的特点,开展了雨滴对水-气微界面层中的氧气扩散和pH值分布变化模拟实验,采用双参数平面光极同步测量获取低溶解气体在水-气界面的两维分布浓度变化。实验结果证明在受风速、温度影响较小区域,降雨过程对调节表层水体的溶解氧含量和pH值变化具有重要作用,雨滴可以打破水-气界面的微表层平衡机制,促进大气中氧气在表层水体的溶解,使得水面垂直方向23 mm内的溶解氧平均升高2.3 mg/L;降雨对水面12 mm之内表层水体pH值产生的影响较为明显,pH值平均降低了0.2~0.4个单位,表明降雨雨滴促进大气在水-气界面的迁移进程,溶解的CO₂使得表层水体向酸性方向转化。本文提出的基于平面光极两维观测方法为评估低风速、高降雨或低降雨区域的海岸带溶解氧和pH值的变化提供高空间分辨率的水-气界面实时观测新的技术支撑。     

超大型导管架下水过程实测研究

以某超大型导管架为例,利用惯性元件/GPS组合系统分别对导管架和驳船在下水过程中的运动轨迹进行测量。当导管架处于水面上时,利用精度较高的GPS测量其运动速度;当导管架入水后,GPS失效,利用惯性元件测量导管架加速度;结合姿态矩阵解算导管架和驳船在下水过程中的运动时历;对比导管架运动的实测和数值计算的结果,验证数值计算的准确性。结果显示,采用惯性元件/GPS组合系统可以准确测量出导管架在下水过程中的运动轨迹;数值计算得出的运动幅值略大,原因可能是计算中的阻尼估计不足。     

水面皮层破坏-复原过程的实验室模拟研究

依据水面红外发射和红外遥感测温原理，采用HDG－高灵敏度红外测温仪和常规测量仪器相结合的方法，在实验室空气稳定条件下，模拟测得了水面皮层破坏－复原（重建）的热力过程和气－水温差对水面皮层复原过程的影响，获得了大量的测量数据。数据分析表明，当气－水温差从3．0℃变为11．5℃时，水面皮层破坏可导致皮温增量从气－水温差3．0℃时的0．15℃变到11．5℃时的0．45℃，并发现恢复时间与气－水温差呈负线性关系。     

自动返回式采水器的阻力系数计算与方法验证

摘要：应用有限元软件ANSYS,以与采水器外壳接触的周围水域为研究区域,计算其总阻力系数及最大运动速度。采用相同的数值方法计算了圆球总阻力系数,计算结果与经典实验结论吻合良好,证明了该数值方法的准确性。利用ANSYS软件计算预报采水器或其他类似的海洋仪器在流体中的阻力系数,可指导其尺寸参数设计。     

一种带自由面的三维船体贴体网络的数值生成

本文提出了一个生成自由面的三维船体贴体网格的数值方法。文中以静水面以上的船体型线作为描述非定常自由面的计算网格域，进一步完善了我们以往开发的无法考虑兴波与静水面以上的船体型线相互作用对船舶粘性流动影响的网格生成方法。静水面以上的初始自由面网格分别沿船面法线η及切线ζ方向的曲线长的指数进行分布，即可极方便地调节自由面在船面及静水面附近的网格间距，也保证了在数值离散三维Ｐｏｉｓｓｏｎ方程时具有相当好的收敛性。这种方法的特点是计算量相当小，尤其能极方便地控制网格在船面簿粘性层中及静水面附近的分布。以Ｓｅｒｉｅｓ６０船模作为计算算例，带自由面的网格分布是相当满意的     

多种水面类型蒸发的研究

分析有水草水面、污水面、受热水面、盐水（盐水）面等特定水面类型的蒸发量，并与清水、淡水对照，求出蒸发比，还计算了太湖地区有水草水面和受热水面的蒸发模型，为确定湖泊的蒸发量提供一新途径，最后建议用水生植物的蒸腾规律来控制水面蒸发，调节水面温度。     

黄河三角洲清水沟流路水面宽度与单宽流量的时空变化

河流水面宽度与单宽流量,是重要的水力学和沉积动力学参数;遥感技术为获取这些参数并研究其变化提供了重要的技术手段。本文以黄河三角洲河道为例,利用Landsat影像和GIS技术,结合利津站的逐日流量资料,分析了清水沟流路1976—2005年期间河道水面宽度与单宽流量的变化。研究结果显示,从空间上看,黄河三角洲河道水面宽度及其变幅由利津站向下游方向逐渐变大,而单宽流量及其变幅由利津站向下游方向逐渐变小;从时间上看,利津站下游水面宽度随时间有逐渐变小的趋势,而单宽流量随时间有逐渐变大的趋势。本文的结果可为黄河三角洲水力学与沉积动力学研究提供水面宽度与单宽流量参数,同时为黄河三角洲的治理提供参考。     

悬停空投鱼雷攻击水下目标投雷点计算方法

潜艇具有水下隐蔽性好、艇载声呐被动探测距离远等特点,一般能先于水面舰艇发现并开展攻击。为与潜艇进行有效对抗,水面舰艇大多利用舰载直升机实施反潜搜索和攻击。针对水面舰艇受到水下目标较大威胁的突发态势,分析研究了舰载直升机在应急状态下,悬停空投鱼雷攻击水下目标投雷点计算方法, 研究成果可为部队空投鱼雷作战使用提供可靠的决策理论依据。     

海洋地理信息系统中动态海面仿真方法研究

海洋地理信息系统(MGIS)中加入动态水面效果,可以有效地提升海洋环境仿真的真实感。本文从水波模型的构建出发,介绍了利用正弦波动方程模拟海面的方法;针对动态构建水面网格时高计算性能的需求,设计了基于GPU并行计算的架构;最后利用程序开发实现本文的设计思路,经过实验分析表明,该方法能够有效地模拟三维地理环境中动态海面的效果。     

轴对称物体上的三阶波浪力

对于轴对称物体,提出了一个三阶波浪力的全绕射计算方法,自由水面上的三阶强迫项采用向外递推的方法加以计算。本方法已在计算机上实现。对于均匀圆柱问题,本方法计算结果与Malenica的半解析解吻合良好。本方法还被用于计算圆柱上的三阶波浪力矩,结果发现在低频区三阶波浪力矩具有很大的量值。     

不规则波作用下岸基式振荡水柱波能装置的水动力性能研究

为了研究真实海域中振荡水柱（OWC）波能转换装置的水动力性能,本文基于势流理论和高阶边界元方法,建立了不规则波与岸基式OWC波能装置相互作用的二维非线性数值模型,不规则波基于JONSWAP谱生成。为了考虑由于水体黏性引起的能量耗散,在气室内水面边界条件中引入人工黏性阻尼。并在大连理工大学波流水槽中开展了物理模型试验,对数值模型的有效性进行了验证。研究发现,在不规则波作用下,OWC波能装置的水动力效率相较于规则波作用下有所降低,特别是在低频波区域效率差值最大。与规则波相比,不规则波浪作用下装置峰值效率对应的频率变大。气室内的相对水面高程随着有效波高的增加而降低,而气室内相对气压则随有效波高的增加而增大。OWC波能装置的水动力效率受有效波高的影响较小,其峰值效率对应的频率不受波浪非线性的影响。本文可以为OWC波能装置的设计提供参考。     

海底管道泄漏参数灵敏度分析

文章利用FLUENT软件中的欧拉模型,对海底管道油气两相泄漏进行仿真,分别模拟没有气体扩散及有气体扩散的情况,考虑了气泡尺寸、海流、泄漏率及油的种类等因素对油气运动形态的影响,采用灵敏度理论,计算出油在水下漂移距离及到达水面的时间的灵敏度。计算结果表明,泄漏率对油到达水面的时间的灵敏性最高,海流对油在水下漂移距离的灵敏性最高。该灵敏度分析结果可为管道泄漏应急决策提供理论依据。     

海平面上升模拟及其在数字海洋中的实现

围绕海平面上升模拟中需解决的水面演进范围判定、进水量计算、水面对象时空数据组织以及水面运动时间动画构建等问题进行了探讨,提出了基于溃堤进水量和改进的有源淹没算法实现的水面演进范围模拟方法,并介绍了如何应用 SkyLine 软件实现水面上升模拟及其在"数字海洋"中的集成应用.     

SST产品误差在海-气CO_2通量计算中的传递及贡献分析

海-气界面CO2通量的估算对于碳的生物地球化学循环和全球气候变化等研究具有重要的意义,利用遥感手段是进行全球尺度海表面碳通量估算的唯一手段,但是由于不确定性的存在限制了海-气界面CO2通量遥感估算产品在决策应用上的可靠性。本文通过建立海-气界面CO2通量直接控制参量(气体交换速率k、海表面CO2溶解度S和海表面CO2分压pCO2sw)误差结构图,以通量估算的主要影响因子——海表温度(SST)为例,建立了SST在通量计算中的误差传递流程图,并采用Monte Carlo方法模拟了SST误差在通量计算中的传递规律和对最终误差的贡献。结果表明在遥感SST误差为±0.5°C并为正态分布的假设下,误差在k、S计算中的传递为指数分布和近似指数分布,而在pCO2sw模型计算中为正态分布,最终在通量FC O中的传递为指数分布;在大气CO22分压为固定值370μatm的情况下,SST对最终的通量结果带来的误差为±1.2mmol/(m2·d)左右。本文以SST为例,提供了一种通量计算中遥感参数误差传递和贡献的计算方法,可以为其它遥感获取的参量提供分析依据和参考。     

遥感SST产品误差在海-气CO2通量计算中的传递及贡献分析

海-气界面CO2通量的估算对于碳的生物地球化学循环和全球气候变化等研究具有重要的意义,利用遥感手段是进行全球尺度海表面碳通量估算的唯一手段,但是由于不确定性的存在限制了海-气界面CO2通量遥感估算产品在决策应用上的可靠性。本文通过建立海-气界面CO2通量直接控制参量(气体交换速率k、海表面CO2溶解度S和海表面CO2分压pCO2sw)误差结构图,以通量估算的主要影响因子—海表温度（SST）为例,建立了SST在通量计算中的误差传递流程图,并采用Monte Carlo方法模拟了SST误差在通量计算中的传递规律和对最终误差的贡献。结果表明在遥感SST误差为0.5℃并为正态分布的假设下,误差在k、S计算中的传递为指数分布和近似指数分布,而在pCO2sw模型计算中为正态分布,最终在通量FCO2中的传递为指数分布;在大气CO2分压为固定值370μatm的情况下,SST对最终的通量结果带来的误差为1.2mmol?m-2?day-1左右。本文以SST为例,提供了一种通量计算中遥感参数误差传递和贡献的计算方法,可以为其他遥感获取的参量提供分析依据和参考。     

基于二阶时间步进法数值波浪水槽研究

基于势流理论和时域高阶边界元方法,建立了三维完全非线性数值波浪水槽模型.利用源造波法产生入射波浪,应用五阶斯托克斯波理论给定波浪速度;采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,将二阶泰勒级数展开法应用于更新下一时间步的波面和速度势;通过加速势的方法准确计算自由水面速度的法向导数和物面速度势的时间导数.对完全非线性波浪进行了模拟,得到了稳定的波形.当波浪非线性较小时,与四阶Runge- Kutta法(RK4)计算结果和五阶斯托克斯波理论解均吻合良好;随着波浪非线性的增大,计算结果误差逐渐增大.通过数值试验分析,在满足精度要求的基础上,本方法计算时间略大于四阶Runge- Kutta法的四分之一,大大减少了计算量.