一次模态变异中尺度对流系统的模拟与分析

利用NCEP FNL分析资料及南京多普勒雷达观测,借助WRF模式,对2017年8月19日发生在长江中下游地区的一次中尺度对流系统(MCS)进行模拟和诊断分析。此次MCS组织模态PS(Parallel Stratiform)型和TS(Trailing Stratiform)型共存,开始为带状结构,最后演变为强弓状飑线。气旋切变和低空急流是此次过程的重要影响系统,而午后强烈发展的地面锋触发了此次强对流。在垂直风切变和冷池共同作用下,西侧初始对流发展为PS型模态,东侧发展为TS型模态。由于PS型模态的中低层垂直风切变发生转向,导致其消散。TS型模态附近冷池和垂直风切变相配合,且在后向入流(Rear Inflow Jets,RIJ)作用下发展成为强弓状飑线;RIJ受中低层涡旋对影响而发展增强,其中气旋式涡旋主要由涡度方程中拉伸项决定,而反气旋式涡旋则主要由倾侧项决定。     

垂向变化的波浪辐射应力影响下流场数值研究

采用浪流沙耦合模型COHEREN-SED模型进行黄河三角洲的海流三维运动数值模拟。文中将垂向平均的波浪辐射应力与垂向变化的波浪辐射应力引入至COHERENS-SED,通过该模型进行波浪辐射应力影响下的海流场演变数值研究。研究结果显示波浪辐射应力的存在显著改变了水深小于5m的流场。垂向变化的辐射应力则使得其表层波生沿岸流速大于传统的垂向均匀辐射应力引起的波生沿岸流速,底层则刚好相反。当波浪强度很大时,流场中的波生沿岸流对水深较浅的海岸区海流场影响较大。     

闽中近岸西北行路径台风浪波向特征

台风浪的研究对于船舶航行、避风以及港口、海洋和近岸建筑物的安全有着重要的现实意义。本文基于考虑波浪折射、底部损耗及波浪破碎等的波谱模型,在充分考虑风能量输入、白帽耗散、波浪破碎以及波-波间的非线性相互作用等物理过程后,对在福建省中部登陆的0513号"泰利"、0709号"圣帕"和0808号"凤凰"台风引起的台风浪过程进行了数值模拟计算。计算结果与实测数据相吻合,并总结出闽中近岸西北行路径台风浪的波向变化规律。为近岸海域船舶航行和港口工程防灾减灾提供了较为重要的参考依据。     

流沙湾海域潮汐潮流的三维数值模拟和海域环境容量研究

将改进的干湿网格技术引入到POM模型中,通过坐标变换,合理安排计算区域,对流沙湾海域的三维潮流场进行了数值模拟.模拟结果与实测数据吻合较好.模拟结果表明:流沙湾海域属正规日潮,潮流运动是带有旋转流的往复流运动;涨潮历时大于落潮历时;落潮流速大于涨潮流速;余流较强,基本指向外港.采用垂向平均的水平二维对流扩散方程来模拟流沙湾污染物的浓度变化.结果表明:在Ⅱ类国家海水水质标准的要求下,流沙湾COD的环境容量约为906吨/年,交换率为78％;无机氮约为105吨/年,交换率为97％;活性磷酸盐约为11吨/年,交换率为97％.整个流沙湾海域水环境质量很好,海水自净能力强,对各种污染物的交换能力强.结合水质、水动力和容量计算结果,可以认为流沙湾海域水质属较贫营养类型,虽然较大的剩余环境容量是我们所希望的,然而结合具体养殖对象看,流沙湾海域低含量的氮、磷营养盐反而在一定程度上制约了流沙湾养殖业的健康发展.因此,环境管理不仅要考虑环境容量,还应结合具体海域使用特点进行合理规划,以促进海域生态健康发展.     

背景流在内孤立波对小直径桩柱作用力中的影响

本文首先采用GK-dV方程,在考虑背景流和未考虑背景流2种情况下,对南海东北部向西传播的大振幅内孤立波进行了模拟。通过对比两组结果,发现背景流的引入,会使内孤立波的传播速度变快、波形变窄、振幅变大,以及波致流变强。然后,采用Morison’s公式计算了内孤立波对小直径桩柱的作用力和力矩,通过对比,发现在引入背景流后,作用力和力矩均变大,作用力增大9.0%,力矩增大32.5%,因此背景流在内孤立波对小直径桩柱的作用力中有着重要的影响。     

近10年来长江河口北港上段河道水域水动力及含沙量变化特征

基于2011年12月和2012年6月洪、枯季大潮北港上段河道水域的现场水文观测资料,以及1999、2002、2003、2004、2005、2006、2007、2010年历史水文测验资料,分析潮流历时、流速、优势流和含沙量等水沙现状和变化特征,并探讨近年来该水域水沙变化的主要影响因素。结果表明:(1)目前北港上段河道水域落潮占主导优势;青草沙水库和长江大桥建成后,落潮优势明显增强,洪季大潮涨、落潮垂线平均含沙量减少,枯季大潮涨、落潮垂线平均含沙量增多;(2)流域径流量的季节性变化是造成北港上段河道水域垂线平均流速洪季大、枯季小的主要原因;大型工程的建设是该水域落潮优势增强的主要影响因素;北港上段河道水域含沙量变化可能与近岸工程建设、入海泥沙量减少等因素有关。     

南海北部次表层高盐水的季节变化及其与西北太平洋环流的关系

次表层高盐水(34.68‰)作为北太平洋热带水(NPTW)的示踪,可用来研究黑潮入侵,了解南海与太平洋的水体交换。文章利用基于高分辨率混合坐标海洋模式(HYCOM)的海洋再分析资料,研究了南海北部次表层高盐水的季节变化及其影响因子。模拟结果显示,南海北部高盐水位于100~200m水深,最西可达111°E,其体积存在明显的季节变化,12月达到极大值,6月达到极小值。进一步的分析表明,其季节变化主要受低纬度西北太平洋大尺度环流的调制,与北赤道流分叉点位置的季节变化(1月到达最北端、6月到达最南端)呈现很好的相关性。受太平洋大尺度风场的影响,北赤道流分叉点上半年(下半年)向南(北)移动,导致黑潮输运增强(减弱),通过吕宋海峡进入南海的盐通量减少(增加),从而使南海次表层高盐水的盐度降低(升高)。吕宋海峡断面的流速和盐通量分布特征显示,西太平洋高盐水主要通过吕宋海峡中部(20°~21°18'N)进入南海北部。     

陆坡非旋转重力羽状流的数值模拟

借助MITgcm模式使用二维非静力近似在水平方向采用不等间距网格,模拟了陆坡非旋转重力羽状流的流动。模拟显示陆坡上的重力羽状流的运动比较复杂。通过数值实验,发现改变地形或调整冷源强度都会影响沿陆坡下沉的低温高密度水的羽状流形态,潮汐亦会对重力羽状流有一定的影响。经计算发现在陆坡处,Richardson数小于1/4,宜发生Kelvin-Helmholtz不稳定性,并由卷挟导致环境流体与高密度流体混合,沿着斜坡加速下滑。     

深海系泊法向承力锚模型实验系统

法向承力锚是一种新型的拖曳嵌入式系泊基础.这种锚的工程应用仅有10 a时间.国内在此项技术上尚属空白.通过实验系统的设计,介绍了针对这种新型拖曳锚展开模型实验研究的实验平台.利用一些新型传感器和巧妙的机件设计,不仅实现了实验量测方法的创新,而且达到了经济实用的目的.实验结果也验证了整个系统设计的可靠性.