台州湾浅海滩涂大规模围垦下水动力变化分析

基于开源软件TELEMAC-2D建立了台州湾近海潮汐潮流数值模型,对台州湾浅海滩涂大规模围垦前(1984年)和围垦后(2013年)的潮汐潮流进行了模拟计算。从主要分潮潮波分布、潮流场、高低潮位和椒江河口纳潮量4个方面探讨了台州湾浅海滩涂围垦对周边水动力特征的影响。结果表明:滩涂围垦工程对水动力特征的影响局限于围垦区附近水域。围垦后,海域M2分潮波振幅减小,且潮波向岸传播的速度减慢;围垦区附近海域涨落急流速大幅度降低,涨潮流向北偏转,落潮流向南偏转;海域大潮高潮位呈现一定程度的降低,大潮低潮位基本不变;椒江河口纳潮量有较大程度的减少。     

潜标上浮过程中垂直运动数学建模与验证

以2014年南海北部陆坡M站春、秋两季底流观测潜标回收为例,建立数学模型分析潜标上浮过程中垂直运动特征。首先做出忽略水平海流影响、刚性连接以及主要部件外形简化等假设。通过刚性连接部分上浮数值试验,得到释放后各部件能够保持相对位置不变、整体上浮的结论。视整个系统为刚体建立了垂直运动模型。分别模拟两次潜标回收,模型与高精度超短基线观测结果的对比表明:整个上浮过程可分为加速上浮阶段和稳定上浮阶段;模型速度曲线与观测速度拟合线比较接近,给出的平均模型速度与平均观测速度均相差0.2m/s;模型能够反映出在稳定上浮阶段,稳定上浮速度随时间缓慢降低的变化特征;各部件上浮的垂直速度是振荡变化的。模型可为相关水下仪器回收工作提供定量化依据。     

高桩挡板透空式防波堤消浪性能数值研究

以RANS方程为控制方程,基于有限体积法,在动量方程中添加源项,建立了具有造波‐消波功能的数值波浪水槽。利用建立的源项造波数值波浪水槽,模拟了高桩挡板透空式防波堤在规则波作用下的消浪效果,完整地再现了堤前堤后的流态,分析了挡板相对入水深度对透浪系数的影响。在与试验值及拉帕公式对比后发现,数模计算结果与试验值较接近,拉帕公式偏大。研究了堤顶相对宽度、相对水深、相对波高对透浪系数的影响并提出修正公式,修正公式与计算值和试验值吻合较好。     

强台风下导管架平台倒塌全过程数值仿真

针对强台风引起的平台倒塌问题,综合隐式有限元与显式动力有限元算法,建立导管架平台结构倒塌全过程仿真流程;提出基于重现期的Pushover分析方法,充分考虑平台侧向环境载荷分布的变化以及可能的甲板上浪载荷因素,使得确定的倒塌环境载荷更加真实;采用APDL编制平台隐式与显式有限元模型转化程序,有效解决波浪载荷计算与精确施加的难题;在此基础上,应用LS-DYNA实现导管架平台在强台风载荷下的倒塌全过程仿真,动态再现平台结构倒塌过程中的构件破坏失效及内力分布,深入揭示平台结构的倒塌机理。研究成果可为导管架平台结构抗台风设计及理论研究提供参考。     

新型多立柱式Spar平台涡激运动特性研究

通过数值模拟和模型试验方法对一新型的Spar平台——多立柱式Spar平台的涡激运动特性进行研究。平台硬舱为四根圆柱方形阵列布置加方形中心井的形式,各柱间会产生复杂的相互干扰,不同于常规的单立柱Spar平台或半潜式平台,因此对其开展相应的涡激运动研究具有重要意义。研究主要关注的是不同来流角、不同流速下平台的涡激运动特性。通过涡激运动时的横荡运动、水平面内运动轨迹、首摇运动和水动力系数及绕流流场的分析,可得:在折合速度约为6~8范围内,平台横荡运动存在明显的“锁定”现象(0°来流角无侧板时“锁定”范围约为Ur=7~10)。在0°来流角下较高流速时,减涡侧板对涡激运动有明显的抑制效果。平台的运动轨迹近似与平台硬舱截面的对角线平行(0°来流角除外),这不同于常规的单立柱Spar平台。此外,试验中还观察到较明显的首摇运动。涡激运动时各柱间绕流存在复杂的相互干扰,而在柱后形成共同的涡结构。     

青岛市黄岛区潮河水源地地下水数值模拟

在分析研究青岛市黄岛区潮河流域水文地质条件基础上,建立了水文地质概念模型和地下水流数值模拟模型,利用地下水水位动态监测资料对模型进行了识别,并预测了三枯一丰一平条件下地下水最大开采量以及水位、降深分布情况。结果表明,模型验证拟合结果较好,地下水最大开采量为2.4万m3/d,地下水开采不会引起地面沉降、海水入侵等问题。     

内蒙古陆态网络坐标时间序列噪声分析及速度场修正

利用中国地震局全球卫星导航系统(GNSS)数据产品服务平台获取内蒙古自治区境内15个陆态网络连续站2010-06—2021-06的观测数据,通过GAMIT/GLOBK软件、HECTOR软件解算得到去奇异值后的坐标时间序列,最后结合贝叶斯信息量准则(BIC)数值分析确定最优噪声模型:内蒙古自治区坐标时间序列在东(E)方向的最优模型为白噪声+闪烁噪声 (WN+FN),在北(N)和天顶(U)方向的最优噪声模型为白噪声+幂律噪声(WN+PL). 采用最佳噪声模型对速度场进行修正,在ITRF14框架下,内蒙古地区陆态网络连续站的平均运动速率为30.653 mm/a,运动方向为26°57′51″SEE;垂直方向上平均运动速率为0.792 mm/a.      

气溶胶对雷暴云起电以及闪电发生率影响的数值模拟

本文利用二维耦合气溶胶模块的雷暴云起电模式,结合一次南京雷暴个例,进行250 m分辨率雷暴云起电模拟实验,探讨了气溶胶浓度对雷暴云空间电荷分布以及闪电发生率的影响。在这个气溶胶模块中,假定一个三模态的气溶胶对数分布,考虑了气溶胶活化过程。结果显示:(1)随着气溶胶浓度增大,雷暴云电荷结构保持为三极型。(2)当气溶胶浓度从50 cm-3增加至1000 cm-3时,水成物粒子浓度上升,雷暴云电荷量和闪电发生率增加明显。(3)气溶胶浓度在1000~3000 cm-3范围时,云水竞争限制了冰晶的增长,导致雷暴云上部主正电荷堆电荷量降低。云滴和霰粒子浓度缓慢上升促进中部主负电荷堆和底部次正电荷堆电荷量继续增大。闪电发生率保持稳定。(4)当气溶胶浓度大于3000 cm-3时,水成物粒子浓度稳定,云内的电荷量以及闪电发生率保持为一定量级。     

闪电和固、液态降水关系差异的数值模拟

为了进一步认识闪电和固、液态降水的关系,本文利用三维雷暴云动力-电耦合数值模式,通过设置敏感性试验组,模拟了一次雷暴过程,分析雷暴中闪电和降水的特征,以及闪电和固、液态降水对垂直风速的依赖关系,探讨闪电与固、液态降水的时空分布关系和单次闪电表征的降水量(RPF:rainyields per flash)。结果表明:对流云降水中,液态降水占主要部分,但固态降水比液态降水对于垂直风速的依赖性更强。随着对流的增强,固态降水在总降水中占的比重越来越大。首次放电时间不断提前,闪电峰值落后垂直风速峰值,总闪数一开始随对流的增强而增加,对流一旦增强到一定程度,总闪数则逐渐减小。固态降水和液态降水的开始时间和峰值时间均随着对流的增强而不断提前,而液态降水出现时间和峰值时间均提前于固态降水。雷暴云首次放电的时间滞后于液态降水,而闪电峰值提前固态降水峰值或与固态降水峰值同时产生。雷暴云中的放电活动集中在强降水区域前缘的较弱降水区,强降水区对应的闪电较少,对流的增强会使降水区域面积、降水量和降水强度增加。由于液态降水总量远大于固态降水总量,固、液态RPF的数值相差达到一个量级,但单位时间内固态降水和液态降水增加的速率相近。在单位时间内闪电次数越多,RPF则越小,而固态RPF和闪电次数的线性相关性明显好于液态RPF,所以利用固态降水可以更好地预报闪电。这些结果有助于进一步认识闪电和降水的关系,并可为闪电预报提供新的思路。     

一次江淮强暴雨过程的湿有效能量及其收支特征

利用高分辨率的WRF模式模拟结果,采用基于格点的湿有效能量计算方案,对一次江淮梅雨期强暴雨发生发展过程中湿有效能量的时空演变特征进行分析,并从定性和定量的角度探讨了能量方程转换项、平流项和垂直输送项对强暴雨过程中湿有效能量的输送和积聚作用。结果表明,强暴雨过程中湿有效能量的时空特征与强暴雨发生发展具有良好的对应关系,对流层低层800 h Pa湿有效能量40×104J·h Pa-1·m-2的等值线范围和该等值线伸展至500 h Pa附近可作为判断强暴雨发生的必要条件。暴雨发生前2~3 h的能量快速积聚及其对暴雨区移向的引导,对强暴雨预报具有良好的指示作用。湿有效能量的水平和垂直输送及转换确保了能量的积聚和对流层中层能量的增加,为强暴雨的发生和维持提供了充足的能量。