南海夏季风建立特征及模拟

利用NCEP再分析资料分析了2004、2005年南海夏季风建立的大尺度环流特征.采用GRAPES对2a南海夏季风爆发过程进行了模拟.结果表明：GRAPES成功的模拟了南海夏季风建立期间南海地区低层东风转向和副高迅速东撤的过程,通过数值模拟,揭示了南海夏季风建立过程中存在着的中低纬相互作用.     

海坛海峡二维潮流场数值模拟

海坛海峡为南北狭长型海峡，海峡内潮波属于前进波．本文建立了平面二维浅水波数学方程，利用欧拉-拉格朗日差分方法得到数值解，模型采用随时间变化的动边界技术，成功地模拟了海坛海峡的前进波特征，并根据实测数据进行了验证．同时计算了同潮时线和等振幅线，不同时刻的潮流场和潮流平均流速分布．计算结果表明，北部湾口M2分潮高潮时间比南部湾口早约5～6min，等振幅线范围约为2．12～2．15m．海峡内流速分布呈南北强、中间弱的特点，最大流速1m／s左右．     

淤泥质潮流深槽最大冲刷深度的一个概念模型

以概念模式方法计算了淤泥质潮流深槽的最大深度,探讨了涨落潮流速、涨落潮历时、深槽淤泥质物质粒径、深槽顶底部原始深度、水道长度等因素对潮流深槽最大深度的影响。概念模式的假设条件是:(1)深槽形态为长方体,底部纵向坡度为0;(2)沉积物粒径无垂向变化;(3)只考虑潮流作用的影响,涨、落潮流速在时间序列上呈正弦分布;(4)不考虑细颗粒物质的粘性和絮凝作用。模拟结果显示:(1)涨、落潮历时对深槽最大深度的影响很小。(2)优势潮流流速与最大深槽深度之间存在着幂函数关系。(3)深槽的底质粒径、深槽的长度均与最大冲刷深度呈正相关关系。(4)深槽顶部水深与最大深度呈负相关关系。(5)由于潮汐水道深度与潮流流速和沉积物侵蚀强度之间具有负反馈关系,因此水道冲刷存在着一个极限,即最终可以达到均衡状态。潮流深槽的均衡态特征和达到均衡态所需的时间可运用沉积动力学方法来确定;同时,若应用深槽的真实参数,进一步减少模型的假设条件,可望使该模型具有实际的应用价值。     

基于空间自回归和空间聚类的渔情预报模型

作者针对远洋渔场渔情预报精度偏低的问题,提出一种基于空间自回归和空间聚类的渔情预报模型。该模型利用空间自回归对收集到的渔业历史数据进行预处理,然后通过空间聚类将所有数据样本根据地理位置分划成若干个区域,最后研究每个区域中环境数据与渔获数据之间的数学关系,各自建立栖息地适宜性指数模型(Habitat Suitability Index,HSI),并以印度洋大眼金枪鱼(Thunnus obesus)为例进行验证。结果表明,本模型的均方差为0.1742,与传统线性回归方法的均方差0.2363相比,能更好地表达海洋环境数据与渔获量之间的关系,预测精度显著提高。     

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。     

多维联合概率理论对三峡工程设计洪水的计算

首次将多维联合概率理论应用到三峡大坝设计洪水的风险分析,并用随机模拟方法(ISPUD)对四维联合概率分布进行了求解,得出在长江上游干流及主要支流来水量出现的不同组合和最不利组合情况下,相应三峡大坝不同联合重现期的设计洪水。可用于三峡工程的风险分析及防洪调度。     

海冰快速减退背景下大气动量输入对波弗特流涡长期变化的影响

随着北冰洋海冰快速减退,气–冰–海系统发生显著变化,波弗特流涡也发生显著变化。本文使用实测资料和海洋大气再分析数据,探讨北冰洋波弗特流涡的长期变化和大气动量输入对波弗特流涡变化的影响。波弗特流涡的长期变化可以分为3个典型时期(1980–1995年,1996–2007年,2008–2018年)。最近时期(2008–2018年),波弗特流涡平均流涡强度达到4.39×10–7,相较于第1个时期(1980–1995年),流涡强度增加近2倍,达到稳定的状态。波弗特流涡范围扩大,主体向西北移动;上层海洋斜压性增强。与此同时,上层海洋环流主模态已发生显著转变:1980–1995年,环流主模态为影响整个加拿大海盆的加拿大海盆模态;2008–2018年的主模态则转变为影响整个研究海域的太平洋扇区模态。最近时期,表征气–海之间动量输入的气–海应力显著增加,尤其是夏末秋初的8–10月,与冰–海应力几乎相当。增加的大气动量输入带来平均动能增加,埃克曼泵压效应增强,下盐跃层深度加深,增加的大气动量输入进而导致近年来波弗特流涡的显著增强。加拿大海盆南部是大气动量输入的关键区。     

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。     

长江口年代际冲淤演变趋势预测与应对策略

受流域来水来沙条件变化及河口大型工程建设的综合影响,长江口呈现新的冲淤格局,为预测未来演变趋势,本研究基于前期研究中建立的长江口年代际冲淤演变预测模型（Delft3D）,未来情景考虑不同来沙量条件和相对海平面上升速率。预测结果表明,到2035年长江口整体以冲刷为主,口内河段主槽和浅滩边缘冲刷较明显,仅高滩局部淤积;到2050年口内河段保持净冲刷状态,拦门沙地区在现状来沙量条件下略有淤积,但在极端低来沙量条件下转变为净冲刷状态,海平面上升对拦门沙地区冲刷具有一定抵消作用,但不会使冲淤状态产生本质改变。本研究分析认为,长江口局部区域未来冲淤趋势可能对河口综合治理与保护产生不利影响,针对新格局条件下的滩槽河势稳定、重要洲滩保护、重大工程安全评估、冲刷致灾研判以及海堤防护标准再评估等方面提出了对策建议,可为新时期长江口综合治理与可持续发展提供参考。     

分隔板对Spar平台涡激运动响应影响的分析研究

当流体流经单柱式结构物时,由于流体黏性和逆压梯度的存在,会产生非定常的升力、阻力和涡旋脱落,即涡激运动现象,对一座Truss Spar平台的硬舱部分附加长度为1.0D(D为硬舱直径)的刚性来流侧分隔板,基于开源平台OpenFOAM,采用基于剪切应力运输的延迟分离涡模拟(SST-DDES)方法,在不可压缩黏性流场中,对其进行三维数值模拟,以研究在不同流速下,来流侧分隔板对Spar平台涡激运动特性和运动响应的影响。结果表明：在较高流速下,横荡周期减小22.21%,横荡最大幅值减小81.3%。说明在较高流速下,附加分隔板有助于减少Spar平台的运动响应幅值。