1998年季风爆发期南海大气边界层的日变化

在南海尚未有关于海洋大气边界层结构日变化方面的研究.研究海洋大气边界层,有利于我们更好地研究海洋表层结构变化影响机制,对发生在海洋大气边界层上的过程进行预测预报.因此了解南海海洋大气边界层的结构特征,对于我们进一步了解南海天气尺度海气相互作用有非常重要的意义.通过对1998年在南海南部(6°15′N,110°E)和南海北部(20°29′39″N,116°57′48″E)的南海季风试验中定点科考船释放一天四次的探空观测资料分析得出,季风爆发前海洋大气边界层存在规则的日变化,在中午达到深厚.季风爆发后南海北部大气边界层日变化消失,南海南部依然明显.分析表明对其日变化起重要影响的是短波辐射;潜热输送对大气边界层高度日变化影响不大.与大气边界层厚度日变化相对应,南海南部边界层内水汽日变化明显,而南海北部较不明显.     

白浪覆盖率模式中参量的研究

在波面位移为正态过程的假定下,推导出一种以平均周期和风速为参量的白浪覆盖率公式W=1-Φ[5.11094[-T/U10]0.7576].依据摩擦风速和U10的表达式,进一步推导出白浪覆盖率依赖于摩擦风速的形式W=1-Φ[0.5227[-T/U]0.7576]].考虑到在实际应用中,经常需要用波龄描述波浪的状态,将白浪覆盖率表示成一种形式简单的波龄的函数W=1-Φ(3.6496ξ0.7576),与Monahan等的海上测量数据符合良好.     

江苏大丰潮滩潮流边界层特征研究

2003年7月中小潮期间使用MIDAS-400用户化数据采集系统在江苏大丰潮滩上进行了垂向多层位同步的流速和悬沙浓度观测。根据观测资料研究了潮流作用下的潮滩底部边界层过程,结果表明,观测地点的潮汐不对称现象十分明显,落潮流速、历时和输水输沙量皆明显大于涨潮;在潮周期内的多数时间里流速剖面符合对数分布,但在风力较强、水流快速增加和流速缓慢的情况下,流速剖面常偏离对数分布;悬沙颗粒垂向混合均匀,悬沙浓度剖面符合Rouse公式;落潮时的底部切应力和摩阻流速明显大于涨潮,摩阻流速与各水层流速通常有较好的线性关系;滩面糙度主要与沙纹形态和推移质运动强度有关,它与摩阻流速存在密切关系;悬沙浓度具有明显的减阻效应,受其影响,摩阻流速和底部切应力分别减小了28%~41%和40%~62%。     

基于中国第6～9次北极科学考察观测的季节冰区边界层逆温变化特征分析

利用我国第6～9次北极科学考察期间获取的大气探空资料,分析了北极季节冰区边界层逆温的时空变化特征及其成因。分析发现:(1)边界层逆温具有较强的年际变化和空间变化,高纬度密集冰区观测到更多的强逆温现象,逆温厚度与逆温层温差呈显著的对数关系;(2)不同年份边界层逆温的主要成因有所差别:海冰分布的差异导致不同年份的边界层逆温特征不同;表面融化、辐射冷却、多层云的结构和暖平流对不同冰情年份边界层逆温的贡献程度不同;(3)开阔水域和冰区边界层逆温的成因不同。表面融化和空气平流对冰区边界层逆温的形成起着非常重要的作用,而辐射冷却是开阔水域边界层逆温的主要成因之一。     

基于新型高频声学多普勒流速剖面仪的河口近底部边界层观测初探

河口物质输运、能量交换与底边界层内的水动力过程密切相关,底边界层参数(如切应力、拖曳系数)的确定至关重要。挪威Nortek公司生产的新型声学多普勒流速剖面仪AD2CP相比传统ADCP具有高频、低噪的优点,可用于高频(16Hz)流速剖面观测,而被广泛应用于底边界层观测的ADV只能测量单点高频流速。本文采用AD2CP在长江口南槽最大浑浊带区域进行座底式观测,并与同步近底部三脚架上ADV的观测结果进行对比。结果表明,使用AD2CP测得的近底部平均流速与ADV的测量结果吻合良好;使用惯性耗散法计算了底切应力,基于ADV的单点高频流速数据计算结果为2.16×10~(-2)～5.69×10~(-1)N/m~2,基于AD2CP的结果为2.09×10~(-2)～4.26×10~(-1)N/m~2,二者范围大致相当。在此基础上,基于AD2CP数据计算出摩阻流速为4.55×10~(-3)～2.06×10~(-2)m/s、底拖曳系数范围为1.84×10~(-4)～2.49×10~(-3),与ADV的计算结果基本一致。此外,由于AD2CP可以获得高频的流速剖面数据,优于单点ADV,具备观测近底部边界层参数和边界层内湍流剖面的潜力。     

粉质土海底边界层动态演化过程波浪水槽实验

The objectives of this study are carried out a series of controlled large wave flume experiments using fine-grained sediment from the Huanghe River Delta, exploring the complete sequence of sediment behavior in the bottom boundary layer(BBL) during wave-induced liquefaction. The results show that:(1) The BBL in silty seabed is exposed to a progressive wave, goes through a number of different stages including compaction before liquefaction, sediment liquefaction, and compaction after liquefaction, which determines the range and thickness of BBL.(2) With the introduction of waves, first, the sediment surface has settled by an amount S(S=1–2 cm) in the course of wave loadings with an insufficient accumulation of pore water pressure. And a thin high concentration layer formed the near-bed bottom.(3) Once the liquefaction sets in, the liquefied sediment with an ‘orbital motion' and the sub-liquefied sediment form a two-layer-sediment region. The range of BBL extends downwards and stopped at a certain depth, subsequently, develops upwards with the compaction process. Meanwhile, resuspended sediments diffuse to the upper water column.(4) During the dynamics process of the BBL beneath progressive waves, the re-suspended sediment increment ranked as sediment liquefaction erosion before liquefaction compaction after liquefaction.     

考虑转捩影响的潮流能水轮机翼型水动力学性能数值模拟

为了更准确地模拟潮流能水轮机的水动力学性能并研究边界层转捩对水轮机翼型水动力学特性的影响,本文采用κ-ε湍流模型以及γ-Re_θ转捩模型对水轮机翼型水动力学性能进行了考虑转捩的数值模拟。在进行转捩模拟时通过CFD软件的UDF接口将转捩经验关系式导入求解器中,在-5°～25°攻角范围内对水轮机翼型的水动力学性能进行了数值模拟。比较湍流模拟与转捩模拟下水轮机翼型的升阻力系数以及流场特征,结果表明:对水轮机翼型水动力学性能进行全湍流模拟时在小攻角范围内忽略了转捩前的层流状态,导致湍流模拟所得到的升力系数小于使用γ-Re_θ转捩模型的转捩模拟所得的升力系数;阻力系数则大于转捩模拟所得的结果;相比于全湍流模拟,转捩模拟时会更早的进入深失速状态。     

极端干旱荒漠区典型晴天大气热力边界层结构分析

利用极端干旱区敦煌野外观测试验资料,分析了极端干旱荒漠区夏季典型晴天位温、风速、比湿等主要物理要素的垂直结构特征及其地表热力和近地层大气运动特征的日变化规律。发现在极端干旱地区夏季晴天大气热力边界层结构十分独特。在夜间,贴地逆温层最低在900 m以上,最厚可以达到1 750 m,逆温层上面的残余层一般能达到4 000 m左右的高度。在白天,位温超绝热递减层高达1 000 m,超绝热递减层上面的混合层最高达3 700 m,混合层顶上还有大约450 m甚至更厚的夹卷层。当白天对流层发展达到残余层以后,混合层的发展明显加快。风速和比湿垂直廓线特征很好地印证了大气热力边界层独特的结构特征,地表热力和近地层大气运动特征也为这种独特的大气热力边界层结构提供了较好的物理支持。     

基底摩擦属性和脆性层厚度对背驮式盆地地貌形态及形成演化的影响:来自物理模拟的启示

对背驮式盆地的形成机制进行分析有利于深入理解油气运聚成藏的过程及其机理。前人研究已基本揭示了背驮式盆地的构造几何学特征及可能的动力学来源,但有关背驮式盆地的形成机制及其控制因素的物理模拟探索,所开展的研究工作还不足。本文主要根据基底摩擦属性差异和脆性层厚度变化,设计了两个系列5组实验模型,对背驮式盆地的成因机制进行了分析和探讨。研究表明：1）脆性层厚度是控制背驮式盆地形成的关键因素,太薄的脆性层厚度不利于形成背驮式盆地,而较厚的脆性层有利于背驮式盆地的形成;2）基底摩擦强度在一定程度上也影响背驮式盆地的形成,褶皱—冲断带根带基底高摩擦和前缘低摩擦强度,对背驮式盆地的形成具有促进作用;褶皱—前缘高摩擦强度则阻碍背驮式盆地的形成;3）只有根带具有较大的脆性层剪应力,同时前缘构造带具有较小的基底剪应力,在力学上具备一定的动力学平衡,才能形成形态较为清晰的背驮式盆地;4）四川背驮式盆地的形成与青藏高原的强烈隆升所提供较大的剪应力和川东构造带的基底软弱层改变了该区的基底摩擦强度等密切相关。该研究成果对进一步深入理解背驮式盆地的形成演化具有重要的指示意义。     

机载激光雷达对青岛及周边海域的气溶胶探测

工作波长为532 nm的机载大气环境探测激光雷达AEDAL（Atmospheric Environment Detecting Airborne Lidar）装载在CMS_3807飞机上,于2005年11月7～11日期间在青岛地区及周边海域上空进行了飞行探测.此次实验的目的有两个：验证我国用于大气环境探测的激光雷达技术已经具备从地基向空基乃至天基发展的条件;获得青岛地区及周边海域边界层结构及大气气溶胶时空分布变化的特点.激光雷达的高时空分辨率为获取飞行路径上的边界层结构及气溶胶时空分布提供了可能.为了研究下垫面对边界层及气溶胶时空分布的影响,预定的飞行路径上包含了丰富的地形变化,有城市、丘陵、海区等.通过给出11月8日及11日的探测结果,不仅得到了不同地区边界层结构及气溶胶的时空分布特点,还可以看到冷锋、地形、地面气象场等因素对它们的影响.