ERA-Interim 再分析数据在中国沿海的质量评估

本文采用1979~2012年的中国沿海台站观测数据对ERA-Interim(简称"ERA-I")的气温、气压和海温数据进行质量评估。结果表明:(1)从常年平均来看,ERA-I气温、气压和海温多年月平均变化与观测数据吻合较好,可以反映气候态的季节变化特征。与台站观测数据相比,ERA-I气温平均偏高0.19℃,气压平均偏低0.17 h Pa,海温平均偏高0.70℃。(2)从年际变化情况来看,ERA-I和台站观测的气温、气压和海温变化趋势一致,气温和海温呈上升趋势,气压呈下降趋势。但在海南岛附近使用ERA-I气温做年际变化分析和在东海台湾海峡至北部湾沿岸使用ERA-I海温做年际变化趋势分析时要谨慎。(3)从月均变化分析来看,ERA-I月均气温、气压和海温数据与台站实测数据具有很好的一致性。从误差空间分布来看,ERA-I气温在黄海沿岸平均误差最小,ERA-I气压在渤海沿岸平均误差最小,ERA-I海温在南海沿岸平均误差最小。需要特别指出的是,ERA-I月均海温在渤海和台湾海峡附近沿岸平均误差较大(部分站均方根误差超过2.5℃),在上述区域使用ERA-I海温数据时应考虑其产品偏差。     

基于物联网的测量标志保护模式探索与实践

测量标志是国家重要的基础设施。当前,测量标志保护工作未能真正实现保护作用,这是一个由来已久的问题。本文探索一种基于物联网NB-IoT信息传输技术,引入智能倾角传感器,建立基于地理信息的物联感知实时在线监护系统,实现测量标志申请、使用、实时在线监控、异常警报、现场核实、在线反馈的测量标志保护与管理的闭环。在新型基础测绘背景下,对测量标志保护工作具有较大的参考和借鉴意义。     

Runge-Kutta间断有限元格式在一维浅水方程中的应用

针对一维浅水方程组建立了考虑源项离散的Runge-Kutta间断有限元格式,该格式具有通量与源项的和谐性,可以用于求解任意非棱柱体明渠浅水流动问题。所建立的数值模式分别应用于复杂地形下非棱柱体明渠跨临界流浅水流动算例和水跃问题,模拟结果表明,数值解与解析解以及实测值吻合良好,数值格式具有捕捉间断问题中锐利波形的能力。     

不同TVD 格式对内孤立波数值模拟结果影响研究

为了研究不同TVD格式对内孤立波模拟结果的影响,利用改进后的SUNTANS三维非静压海洋模型,通过理想算例和南海东北部海域内孤立波的模拟,比较分析了求解温盐方程TVD格式的4种经典通量限制函数(superbee, minmod, van Leer和MUSCL)对计算结果的影响。综合理想算例和南海东北部海域模拟结果,在所讨论的4种通量限制函数中,利用MUSCL限制函数所得模拟结果最优,建议在南海东北部海域内孤立波模拟中采用MUSCL限制函数。     

Generation and Properties of Freak Waves in A Numerical Wave Tank

Freak waves are generated based on the mechanism of wave focusing in a 2D numerical wave tank. To set up the nonlinear numerical wave tank, the Boundary Element Method is used to solve potential flow equations incorporated with fully nonlinear free surface boundary conditions. The nonlinear properties of freak waves, such as high frequency components and wave profile asymmetry, are discussed. The kinematic data, which can be useful for the evaluation of the wave forces exerted on structures to avoid underestimation of linear predictions, are obtained, and discussed, from the simulated results of freak waves.     

水动力时空变化对近岸风浪演化的影响——以渤海湾西南岸为例

采用SWAN模型和ADCIRC模型建立了风浪、潮汐和水流联合作用的耦合数值模式,并通过渤海湾西南岸实测资料对该模式进行了验证。利用该模式分析了近岸区水位和流场时空变化对风浪模拟结果的影响,计算结果表明水位变化对近岸区风浪模拟结果有显著影响,特别是中等大风过程高潮位时波高受水位影响的变化幅值可达0.5m以上,且水深越浅影响越大。但在岸滩平缓的近岸海域由于流速、流向的时空变化不太剧烈,流场作用和波浪辐射应力作用对波浪场的影响都基本可以忽略。在模拟近岸风浪过程时,应选用耦合模式。     

颗粒沉降的格子Boltzmann模拟与PIV实验验证

在格子Boltzmann方法中引入大涡模拟,对球形颗粒在静水中沉降引起的紊动流场进行了数值模拟。数值模拟沉速与理论值以及粒子图像测速系统(PIV)实验结果吻合,验证了模型的合理性。同时分析比较了颗粒沉降过程中尾部紊动流场分布以及尾流流速值,发现数值模拟结果与实测结果趋势、数值基本一致,进一步说明了利用格子Boltzmann方法与大涡模拟技术相结合可以合理模拟泥沙颗粒在紊流区的沉降。     

基于非结构网格的波流耦合数值模式研究

本文采用ADCIRC模型和SWAN模型, 建立了一个基于非结构化网格的波流耦合数值模式, 风浪计算和潮汐风暴潮计算均采用同一套三角网格, 对复杂岸线和建筑物布置均有较好的描述, 且避免了模型插值, 提高了计算效率和精度。利用该模型对渤海湾西南海域几次强风过程中的风浪和潮汐风暴潮进行了研究, 通过实测资料对该模型进行了验证, 结果表明该模式具有较高的精度, 能较好地描述风浪、潮汐风暴潮的传播演变及其相互作用, 可应用于风浪与潮汐风暴潮的模拟计算。     

渤海海域冰水共存期的波能流密度推算

为给寒区海域的波浪能估算提供科学依据,提出一种合理推算冰水共存海域波浪条件及波能流密度的方法,该方法将海冰模型与水动力学模型耦合模拟得到的冰浓度以线性修正函数的方式纳入波浪模型的海面摩阻风速方程中,并基于MCT (model coupling toolkit)耦合器将海冰模型、水动力学模型与波浪模型进行实时耦合。基于该方法模拟了渤海冬季寒潮大风期间的海冰以及波能流密度的演化。模拟结果表明,在2012年2月5~8日寒潮大风期间,结冰区域占到渤海总面积的1/3,约有76%的渤海海域的平均波能流密度受海冰影响减小,其中辽东湾近岸的波能流密度平均受冰影响最多减小了100%,而渤海湾和莱州湾近岸受冰影响最多分别减小了60%和50%。即使是无冰覆盖的老铁山水道,其波能流密度的最大值也受冰影响减少了14%。耦合模拟可以更为准确地对渤海冬季的波能流密度分布进行评估,为波浪能发电厂选址提供依据。     

基于CART决策树方法的MODIS数据海冰反演

采用CART决策树方法从MODIS卫星遥感数据反演海冰面积,同时对可见光、近红外和热红外多波段进行自动分类计算,有效消除了传统阈值法在反演高悬沙等海洋环境时出现的海冰误判。经较高分辨率的中国环境与灾害监测预报小卫星(HJ-1A/1B)校验,结果表明基于决策树方法所得出的反演数据具有较高精度。利用建立的CART决策树方法反演了2003年以来辽东湾冬季海冰面积的生消变化过程,为进一步分析和建立气象因素与海冰演化规律的关系提供了精确可靠的基础资料。