大洋热盐环流研究的一个焦点：北太平洋是否有深水形成

现代大洋热盐环流的特点之一是北大西洋有深水形成而北太平洋没有，这种不对称性对周边气候产生了重要影响。尽管理论上认为大洋热盐环流可能存在对应不同气候的多平衡态，但北太平洋是否曾有过深水形成已成为目前学术争论的一个热点。简要介绍了最新的热盐环流研究成果，重点分析现代北太平洋无深水形成的原因，其中亚洲季风的水汽输送和低蒸发是两个重要的影响因子。     

潮致泥沙全沙净输运解析模式

泥沙运动作为水流和底床相互作用的纽带,是河流、河口及海岸工程研究的重要内容。在潮波作用明显的河口、海岸地区,周期性的动力作用下的泥沙运动具有往复和可逆的特征,因此研究这类水域的泥沙的净输运更具有实际的意义。基于泥沙输运和流速呈指数关系假设,建立潮流环境下的泥沙全沙净输运的解析解公式,并对该公式的计算结果和数值计算以及数学模型的结果进行了检验和验证,结果表明本研究提出的公式能较好地反应潮流环境下的泥沙净输运。由此,基于本公式采用潮流分潮调和常数可计算得到全沙净输运,并可以分析各分潮流及其相互作用与泥沙净输运的关系。研究结果显示,在受径流影响较大的半日潮河口,S2、MS4、M2三潮相互作用对全沙净输运的贡献显著高于通常的潮流不对称作用,即M2、M4的相互作用。此外,河口区域径流导致的余流对泥沙净输运的贡献不可忽略,特别是在洪季,大径流量条件下往往导致余流较大,其对泥沙净输运的贡献所占比例较大。     

浙江苍南近岸海域海床冲淤过程研究

近岸海床冲淤变化直接反映海区地貌稳定状态,由此影响海区物质迁移及水运资源可持续利用。基于此,本研究通过选择苍南海域不同时期的海图资料,基于ArcGIS平台探讨该海域多尺度海床冲淤过程,为研究区海岸港工建筑规划与评估提供理论指导。主要研究结果包括：苍南海域海床冲淤变化大致分为四个阶段,即1931—1970年大幅淤积,海床净淤积量达到169.47×10⁶m³,淤积强度为5.18 cm/a;1971—2005年海床淤积幅度减弱,海床净淤积量为12.24×10⁶m³,淤积强度为0.41 cm/a;2006—2009年海床由淤转冲,海床净冲刷量为14.70×10⁶m³,冲刷强度为3.60 cm/a;2010—2017年海床持续冲刷,海床净冲刷量为10.17×10⁶m³,冲刷强度为1.33 cm/a。除1931—1970年10 m等深线向海大幅扩张以及1971—2005年10 m等深线有部分向海扩张外,1971—2017年5 m与10 m等深线普遍向陆后退。2006—2017年,位于北关港内的2 m等深线也向陆后退。冲淤结果显示,苍南海域海床未来可能呈现弱侵蚀态势。其中,风暴潮频发导致海床经常性失稳加之长江入海泥沙的减少导致该区域泥沙补给不足,二者共同作用可能是该区域海床由淤积逐渐转为侵蚀的主导因素。     

闽江口及周边海域沉积物输运及资源效应

河流入海泥沙的大部分主要分布在河口、三角洲及近岸陆架地区,发育一系列的粗颗粒沉积体系,是海砂资源重要分布区。本文以福建闽江口为研究对象,初步探讨了沉积物输运过程及海砂资源的形成机制。观测结果表明,闽江河口水体盐度由河口内部向口外海域逐渐增大,水体浊度总体减小;闽江河口附近海域近底部(距离海底25cm)流向表现出一定的旋转流特征,潮周期内余流表现为向海输运,而推移质输运主要发生在涨潮期间,并且潮周期内净向陆输运。表层沉积物粒度分析结果表明,闽江河口水下三角洲前缘表层沉积物主要由粗颗粒物质组成,沉积物类型以砂和砂质粉砂为主,中值粒径小于4Φ;前三角洲地区表层沉积物主要由细颗粒物质组成,中值粒径介于4Φ—6Φ之间。沉积物粒径趋势分析结果表明,闽江入海泥沙经梅花水道和长门水道入海后,在盐淡水混合、径流、潮流的作用下,在闽江河口形成了四个粗颗粒沉积物汇聚区,成为闽江口地区海砂资源的重要分布区;而细颗粒物质在河口羽流和潮流的作用下向偏东方向输运,形成了以黏土质粉砂为主的前三角洲。     

广西防城港海域沉积物特征及输运趋势

通过对2010―2011年在广西防城港海域表层沉积物所取样品进行粒度实验,并利用二维沉积物粒径趋势分析模型进行了粒径输运趋势分析。结果表明,研究区海域底质沉积物类型主要为砂、粉砂质砂、砾石质砂、砂-粉砂-黏土、黏土质粉砂和砂质粉砂等6种。粒度参数在空间分布上,沿岸和西部海域中值粒径较粗,分选中等或较好,偏态呈正偏或极正偏,在海湾口处呈负偏或极负偏;东南部海域粒径较细,分选系数差,偏态呈负偏或近对称。根据沉积物输运趋势方向不同,将研究海域分为3个区：沿岸海域主要离岸输送,方向由北向南;东南部海域的沉积物输运趋势向中间汇聚,形成一个沉积中心;西南部海域,沉积物输运方向偏北。     

渤黄海海域悬浮体季节性分布及主要运移路径

依据国家自然科学基金委公共航次2010年和2012年4个航次在渤黄海海域获得的现场悬浮体浓度数据及CTD海洋水文观测数据,结合MODIS L1B数据第4波段反射率值,建立了悬浮体浓度(SSC)与反射率强度的反演模型,反演了渤黄海海域表层悬浮体的月均分布。综合现场实测数据和遥感反演结果,研究渤黄海海域悬浮体的季节性变化特征。利用HYCOM数值模拟得到的各个层位流速数据,分析渤黄海海域主要断面的悬浮体扩散通量。结果表明,渤黄海海域表层悬浮体浓度高值区主要分布在黄河口莱州湾及渤海湾附近沿岸海域、山东半岛沿岸、苏北浅滩至长江口一带、罗洲群岛附近海域以及沿岸其他小河流入海口。渤黄海海域水体结构具有季节性变化特征。夏季,水体上下温差大、层化较强、水动力条件较弱,海域悬浮体浓度相对较低。而在冬季,海域气温较低,水体上下温差小,同时,渤黄海海域强劲的东北风盛行,水体混合强烈,海域悬浮体浓度较高。同时,黄海暖流和山东半岛沿岸流等流系加强,携带悬浮体的能力和效率均大大提高,冬季成为海域悬浮体输运的主要季节。在冬季,黄河三角洲沿岸、山东半岛沿岸以及苏北海岸等区域在强动力作用下的再悬浮成为海域的悬浮体主要来源。黄河三角洲沿岸再悬浮的沉积物通过渤海海峡的南端输入北黄海,在沿岸流的作用下悬浮体输送通量沿程增大,经过成山头海域后转向南输送,输送通量沿程减少,沉积物在黄海中部泥质沉积区汇聚。沉积动力的分析结果显示,冬春季节在山东半岛区域形成的混合锋面对悬浮体的输运路径有重要的影响。     

2020年特大洪水作用下长江口南槽水沙输移特征

径流是影响河口水沙输运的关键动力之一。以长江口为例,历史最大洪水为1954年的92 600m³/s,但以往洪枯季水沙观测期间的大通流量多数小于60000m³/s,对于特大流量情况下的河口水沙输移特征还缺少观测资料和相关研究报道。2020年长江发生了流域性大洪水,大通洪峰流量高达84500m³/s。为认识特大流量情况下的河口水沙输移格局特征,文章基于2020年7月78 300 m³/s流量期间南槽中下段大小潮水沙盐定点观测资料,分析认识到大洪水期间南槽下段水体垂向混合良好,层化发生位置向海外移,表明大流量抑制了盐水入侵。对比分析历史不同流量情况下的南槽区域水沙资料,表明在特大径流作用下,南槽中下段区域盐度和悬沙浓度整体减小,相比在9 900 m³/s （2014年）、17 637 m³/s （2003年2月）和41 450 m³/s （2013）流量下,南槽下段大潮平均盐度分别减小75%、82%和82%,小潮分别减小80%、89%和91...     

DEM地面形态重构方法的精度差异特征研究

依据DEM地形建模过程,阐述了DEM地面形态重构概念,并以黄土丘陵1∶5万DEM数据为例,采用高程数值误差场和局地坡面形态误差场相结合的分析技术,实验分析了双线性、三次卷积、局部二次多项式、规则样条函数等常用插值方法在基于加密格网的DEM地面形态重构过程中的精度差异,以及DEM地面形态可重构的基本条件等问题。研究表明:在高程数值误差的极值大小、离散程度、空间分布等方面,规则样条函数插值法具有最好的地面形态重构精度,其次为局部二次多项式、三次卷积和双线性插值法;对于已确定综合尺度的地形,存在满足高保真地面形态描述要求的最佳DEM格网分辨率阈值,只有当实际DEM格网分辨率等于或高于该阈值时,才有可能无歧义、高精度地重构出DEM所描述的综合地形的地面形态。     

Fully coupled time-domain simulation of dynamic positioning semi-submersible platform using dynamic surface control

A fully coupled 6-degree-of-freedom nonlinear dynamic model is presented to analyze the dynamic response of a semi-submersible platform which is equipped with the dynamic positioning （DP） system. In the control force design, a dynamic model of reference linear drift frequency in the horizontal plane is introduced. The dynamic surface control （DSC） is used to design a control strategy for the DP. Compared with the traditional back-stepping methods, the dynamic surface control combined with radial basis function （RBF） neural networks （NNs） can avoid differentiating intermediate variables repeatedly in every design step due to the introduction of a first order filter. Low frequency motions obtained from total motions by a low pass filter are chosen to be the inputs for the RBF NNs which are used to approximate the low frequency wave force. Considering the propellers’ wear and tear, the effect of filtering frequencies for the control force is discussed. Based on power consumptions and positioning requirements, the NN cen-ters are determined. Moreover, the RBF NNs used to approximate the total wave force are built to monitor the disturbances. With the DP assistance, the results of fully coupled dynamic response simulations are given to illustrate the effectiveness of the proposed con-trol strategy.     

800年来苏北废黄河三角洲的演变模式

根据历史资料、数据和相关研究,结合研究区域背景,分析苏北废黄河三角洲的演变。结果显示,岸线演变在发育阶段和侵蚀阶段分别为向海延伸约90 km和侵蚀后退约22 km,面积相差约800 km2,三角洲地貌演变表现为岸线平直-曲折-平滑-平直的过程。在废三角洲陆海相互作用的基础上,运用演化模式分析三角洲的演变过程。该三角洲演变可以分为7个演变阶段,发育期在径流和潮流作用下以沙洲并陆淤积延伸方式进行,侵蚀期在波浪和潮流作用下以沙洲合并侵蚀后退和淤积外长交替侵蚀的方式。泥沙输运、人类活动和气候变化对废三角洲的演变有重要影响,巨量的来沙是三角洲发育的原因,泥沙平衡被打破是侵蚀的主要原因。发育期中,泥沙输运影响淤积速度和位置,人类活动和气候变化影响黄河河道迁移、输沙量和产沙量;侵蚀期中,泥沙输运影响侵蚀状态,人类活动在一定程度上影响海岸带冲/淤,气候变化将影响三角洲的演变趋势。