A two-dimensional finite volume hydrodynamic model for coastal areas: Model development and validation

A two dimensional implicit finite volume scheme for solving the shallow-water equations is developed. The effects of the Coriolis force, surface wind stress, and waves are included. A non-uniform rectilinear forward staggered grid is used with Cartesian coordinates. The time integration is performed using the Euler implicit technique. The convective flux is treated using the deferred correction method. The viscous terms are discretized using a second order central difference approximation. The SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations) algorithm is used for coupling the velocity components and the water elevation gradient for the water level correction. The system of equations is solved sequentially using the Strongly Implicit Procedure (SIP). To simulate wave driven current, a phase averaged wave model is used first to simulate wave transformation and calculate radiation stresses. The performance of the developed model is validated for different sources of external forces and different combinations of boundary conditions. The validation cases include tidal circulation in a harbor and wave induced currents behind a breakwater parallel to the coastline. The model is finally applied to simulate the flow pattern in a closed artificial lagoon and along the coastline near Damietta Port located along the Northern coast of Egypt. Results of the developed model agree well with the published results for the considered cases.     

南海 18°N 断面 上的体积和热盐输运

以2005—2008年4年中南海北部开放航次所获得的水文观测资料为基础,结合卫星高度计遥感资料,采用动力计算方法计算南海18°N断面的经向地转流,并与声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profilers,ADCP)走航观测资料进行对比,进而计算出通过南海18°N断面1000m以浅的各站位以及断面上总的经向地转体积、热、盐输运量。结果表明,2005—2008年南海北部开放航次期间18°N断面上的经向地转流呈相间带状分布,各站位经向地转流流速垂向分布和ADCP观测的大体一致。从卫星高度计获得的海面高度场可知,经向地转流流向的空间变化与海洋中尺度涡旋的活动密切相关。2005—2007年航次期间南海18°N断面上1000m以浅总的经向地转体积、热、盐输运均为南向输运,其3年的平均输运量分别为11.8Sv(1Sv=106m3.s 1)、0.38PW、418.8Gg.s 1;其年际间差别较大,经向地转体积、热、盐输运量均为2005年最大,2006年次之,2007年最小。2008年110°—117°E之间1000m以浅总的海水地转体积、热、盐输运量分别为7.3Sv、0.22PW、259.4Gg.s 1。     

浮游植物生物量研究 Ⅰ.浮游植物生物量细胞体积转化法

在海洋生态动力学研究过程中,采用浮游植物细胞数量来估算浮游植物丰度可以说是不够精确的,因为不同种的浮游植物细胞大小差别很大,只有浮游植物的生物量才能正确反映海洋生态系中的能量分布．本文以拟合浮游植物细胞相似体积方法,基于胶州湾生态动力学研究所获资料,计算了87种中国近海常见浮游植物的细胞体积、鲜重、碳含量、氮含量．     

台湾海峡夏季与冬季的水体及热盐通量观测

利用在台湾海峡附近的下放式声学多普勒流速剖面仪(Lowered Acoustic Doppler Current Profiler,LADCP)观测资料和温盐观测资料,通过对连续站的两个季节观测进行正压和斜压潮流分析从而去除潮流得到准定常流,并在此基础上计算了南海和东海之间通过台湾海峡输运的水体及热盐通量。结果表明:台湾海峡大部分海域是半日潮海区(正规半日潮及不正规半日潮海区),半日潮主要分量为太阴半日分潮M2;台湾海峡的水体输运及热盐通量呈现明显的季节变化:夏季台湾海峡内表现为一支东北流向的海流,即台湾海峡暖流,存在3.3 Sv(1Sv=106 m3/s)的东北向水体输运,冬季东北季风较强,西南方向的海流加强,混合层可达到底部,存在1.8 Sv的东北向水体输运。与此对应的热盐通量分别为:夏季热通量为0.34×1015 W,盐通量为118.6×109 g/s;冬季热通量为0.14×1015 W,盐通量为72.9×109 g/s。该结果对台湾海峡通量的研究给出了一个直接观测的准确值,并为相关的数值研究提供了参考。     

利用被动示踪物模拟对黑潮入侵南海的数值研究

由于缺少观测数据和对黑潮水准确定义,很难识别出从太平洋入侵到南海的黑潮水团。本文基于一个经过观测验证的三维模式MITgcm,利用被动示踪物标记黑潮水,研究了入侵南海的黑潮水的时空变化。研究表明,在冬季,黑潮水入侵的范围最广,几乎占据了18°N-23°N和114°E-121°E的区域;并有一个分支进入台湾海峡;黑潮入侵的范围随深度增加逐渐减小。在夏季,黑潮水被限制在118°E以东,且没有分支进入台湾海峡;入侵的范围从海面到约205米是增大的,之后随深度增加逐渐减小。通过分析从2003年到2012年黑潮入侵的年际变化,与厄尔尼诺年和正常年相比,冬季黑潮入侵后向台湾海峡的分支在拉尼娜年是最弱的,这可能与中国大陆东南方向的风应力旋度有关。通过吕宋海峡的黑潮入侵通量（KIT）是西向的,其年平均值约为-3.86×10⁶ m³/s,大于吕宋海峡通量（LST,约-3.15×10⁶ m³/s）。250米以上的KIT约占了全深度通量的60-80%。此外,从2003年到2012年KIT与Niño 3.4指数的相关系数到达0.41,小于LST与Niño 3.4指数的相关系数0.78。     

楔形体在波浪中自由入水的数值模拟

物体入水时波浪的影响不可忽略,基于流体力学模型采用VOF法,并利用自定义函数,模拟了楔形体的自由入水过程;同时结合推波板原理及海绵层消波理论实现了数值水槽的造消波,完成了波浪中楔形体自由入水的模拟,计算了楔形体入水时所受的水作用力、自由液面变化及物面压强分布等,研究了不同波高、周期以及在波浪不同位置入水时对楔形体的影响。结果表明:本文建立的数值模型可很好地模拟楔形体入水造成的射流及空泡的形成发展过程,波浪对楔形体入水的影响主要由波浪内部流场变化及表面波形决定,在波浪不同位置处入水对楔形体受力及入水形态均有较大影响。     

南海冬季之西边界流：1998年2月的水文结构与体积输运

The unique survey in December 1998 mapped the entire western boundary area of the South China Sea(SCS),which reveals the three-dimensional structure and huge volume transport of the swift and narrow winter western boundary current of the SCS(SCSwwbc) in full scale. The current is found to flow all the way from the shelf edge off Hong Kong to the Sunda Shelf with a width around 100 km and a vertical scale of about 400 m. It appears to be the strongest off the Indo-China Peninsula, where its volume transport reached over 20×10~6 m~3/s. The current is weaker upstream in the northern SCS to the west of Hong Kong. A Kuroshio loop or detached eddy intruded through the Luzon Strait is observed farther east where the SCSwwbc no more exists. The results suggest that during the survey the SCSwwbc was fed primarily by the interior recirculation of the SCS rather than by the"branching" of the Kuroshio from the Luzon Strait as indicated by surface drifters, which is likely a near-surface phenomenon and only contributes a minor part to the total transport of the SCSwwbc. Several topics related to the SCSwwbc are also discussed.     

非结构化网格下近岸波生流数值模拟

波浪破碎产生的近岸流是近岸海域关键的水动力因素之一。基于近岸波浪的椭圆型缓坡方程和二维近岸波生流方程,建立了非结构化网格下近岸波浪破碎形成的近岸流数值模型。数值模型中,在空间上采用有限体积法进行数值离散,在时间上采用欧拉向前格式数值离散。数值计算结果表明,该数值模型可以有效地模拟近岸波浪破碎产生的近岸流。     

基于SEED波形文件的运行率统计

介绍了基于SEED波形文件运行率计算的技术和实现方法,介绍了SEED文件中标识时间的特殊掩码、时间片的具体格式和程序的实现,并给出了与其相关的部分源代码.     

小体积液液萃取气相色谱-质谱法测定地下水中的克百威与3-羟基克百威

克百威和3-羟基克百威是一对典型的农药母体及其代谢产物,由于其水溶性高、毒性大,可通过地表水或地下水进行长距离迁移,对人类健康和环境安全造成危害.以往通常采用液相萃取或固相萃取的方式提取样品中的克百威和3-羟基克百威,但这些方法操作繁琐、耗时较长,不利于室内模拟实验中多组样品的检测.为实现克百威与3-羟基克百威在地下水...