利用毫米波云雷达数据反演层云微物理参数和云内湍流耗散率

利用地基毫米波雷达进行云参数及云内湍流特性的探测和反演。根据云雷达回波的功率谱数据,反演出大气垂直运动速度和云微物理参数,得到云内湍流耗散率ε的大小和分布情况,并进一步研究和分析了云内空气垂直运动与云微物理参数、反射率因子、多普勒速度、速度谱宽变化的关系,更好地了解云的演变情况。对2016年8月8日四川稻城的一次层状云过程的探测和反演表明：1）粒子有效半径随着上升气流的增强而增大,由于碰并聚合的作用,粒子数浓度也呈现相应减小的趋势。2）云内湍流耗散率ε在云底、云顶较大,云内较小,量级在10^-8~10^-2 m²·s^-3,多普勒速度能谱验证了假设雷达探测湍涡的尺度在惯性副区的合理性。3）随着上升气流的增强,云粒子的下沉运动相应减小,速度谱宽相应增大。     

海岸植物带对孤立波的波能耗散研究

为揭示近岸植物对孤立波的消减机制,利用物理模型实验探究了不同水深、入射波高和植物密度下植物模型与孤立波的相互作用机理。研究结果表明:树根、树冠和整株植物模型波能耗散系数范围分别为0.003～0.036,0.010～0.110和0.020～0.130;植物树根和树冠具有不同的消减孤立波机制,其中树冠对孤立波的消减起主要作用;波能耗散系数随相对波高增大而增大;植物模型的波能耗散系数小于其各组分波能耗散系数的线性叠加;当植物消波时,植物各组分之间存在反协同效应,且反协同效应随相对波高的增大而增强;波能耗散系数随雷诺数的增大而增大,当根部或冠部分布密度较小时,耗散系数与雷诺数的敏感度更高。研究结果可为沿海地区人工防浪林的设计提供一定参考。     

耗散大气中的声波射线追踪

基于分层大气中声波的局地色散关系方程,建立一种计入真实大气衰减效应的有耗大气声波射线追踪模型.在色散方程的虚部中导出声波在运动大气中的耗散系数和竖直方向上的增长因子,并利用真实大气中的衰减理论对所得到的耗散系数进行修正.利用Hamilton方程组解出大气声波在考虑耗散效应下的射线微分方程组.该有耗射线追踪模型的数值模拟结果表明,声波的耗散效应对声波的传播路径存在一定影响,在近场情况下,这种影响可以忽略,但是对于声波的远场传播,则影响较大.     

层结背景下热液柱演化的实验模拟

为了研究洋中脊处海底烟囱喷出的热液柱的动力学特征以及其与周围海水之间的关系,在实验室内对热液柱的演化过程进行了实验模拟研究。在实验设计中,采用底部点源提供热通量的方法触发热液柱,使用粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry——PIV)获取速度信息,高灵敏度热敏探头采集温度信息。通过瞬时速度场分析热液柱的运动特征以及其与周围层结背景环境之间的卷挟过程。实验表明,层结的背景环境阻碍了热液柱的垂向上升以及水平延伸。层结的背景条件下,在热液柱发展演化的整个过程中,其呈现出明显的振荡特征,且振荡频率(0.10—0.35rad/s)与背景环境的浮力频率(0.20—0.30rad/s)数值相当。热液柱与周围纯水之间存在强混合,发现在热液柱的热源处和顶部的混合最为强烈,中性浮力层高度以下是热液柱与周围纯水混合的主要区域,混合强度以卷挟系数α表征,α值从–0.30到0.13之间变化,大致随着高度的增加而减小。通过瞬时速度场分析得到热液柱的湍流耗散率ε,发现在垂直方向上,其"颈部"的耗散最强,沿水平方向上,其中心处的耗散最大,向四周逐渐递减,呈现高斯分布。     

南极西北威德尔海上层海洋湍流混合研究

Turbulent mixing in the upper ocean(30-200 m) of the northwestern Weddell Sea is investigated based on profiles of temperature,salinity and microstructure data obtained during February 2014.Vertical thermohaline structures are distinct due to geographic features and sea ice distribution,resulting in that turbulent dissipation rates(ε) and turbulent diffusivity(K) are vertically and spatially non-uniform.On the shelf north of Antarctic Peninsula and Philip Ridge,with a relatively homogeneous vertical structure of temperature and salinity through the entire water column in the upper 200 m,both ε and K show significantly enhanced values in the order of O(10~(-7))-O(10~(-6)) W/kg and O(10~(-3))-O(10~(-2)) m~2/s respectively,about two or three orders of magnitude higher than those in the open ocean.Mixing intensities tend to be mild due to strong stratification in the Powell Basin and South Orkney Plateau,where s decreases with depth from O(10~(-8)) to O(10~(-9)) W/kg,while K changes vertically in an inverse direction relative to s from O(10~(-6)) to O(10~(-5)) m~2/s.In the marginal ice zone,K is vertically stable with the order of10~(-4) m~2/s although both intense dissipation and strong stratification occur at depth of 50-100 m below a cold freshened mixed layer.Though previous studies indentify wind work and tides as the primary energy sources for turbulent mixing in coastal regions,our results indicate weak relationship between K and wind stress or tidal kinetic energy.Instead,intensified mixing occurs with large bottom roughness,demonstrating that only when internal waves generated by wind and tide impinge on steep topography can the energy dissipate to support mixing.In addition,geostrophic current flowing out of the Weddell Sea through the gap west of Philip Passage is another energy source contributing to the local intense mixing.     

象山港潮波响应和变形研究──Ⅰ.观测和分析

利用实测资料分析了象山港海湾对潮波的响应和湾内潮波变形.结果说明象山港对外海传入的半日潮波的振幅有明显的放大作用.M₄和MS₄两个浅水分潮在湾内快速增长造成了潮波变形和潮不对称性.潮波非线性的沿程变化和不同区域的潮能耗散说明湖滩与潮波变形关系不大,而湖波非线性在牛鼻水道中的增强对湾内潮波变形是重要的,1/4日分潮在湾内的共振作用也对M₄和MS₄两个浅水分潮起了放大作用.     

内潮耗散与自吸-负荷潮对南海潮波影响的数值研究

利用非结构三角形网格的FVCOM海洋数值模式,在其传统二维潮波方程中加入参数化的内潮耗散项和自吸-负荷潮项,计算了南海及其周边海域的M_2、S_2、K_1和O_1分潮的分布。与实测值的比较表明,引入这两项对模拟准确度的提高有明显效果。根据模式结果本文计算分析了研究海域的潮能输入和耗散。能量输入计算表明,能通量是潮能输入的最主要构成部分,通过吕宋海峡断面进入南海的M_2和K_1分潮能通量分别为38和29GW;半日周期的自吸-负荷潮能量输入以负值居多,而全日周期的自吸-负荷潮能量输入以正值居多,因而自吸-负荷潮减弱了南海的半日潮,并加强了南海的全日潮。引潮力的作用也减弱了半日潮而加强了全日潮,但其作用要小于自吸-负荷潮。潮能耗散的分析显示底摩擦耗散在沿岸浅水区域起主导作用,内潮耗散则主要发生在深水区域。内潮耗散的最大值出现在吕宋海峡,且位于南海之外的海峡东部的耗散量大于位于南海之内的海峡西部的耗散量。对M_2和K_1分潮吕宋海峡的内潮耗散总值分别达到16和23GW。     

浙江中生代浅成热液金银成矿作用的耗散结构模型

浙江中生代主要浅成热液金银矿床在蚀变－矿化过程中的一些物理化学特征参数（如：T，P，St和ρ等）呈非线性的变化关系，其控制变量是P，T和P,推断条带（或环带）状构造的矿脉（石）是由减压沸腾作用造成的。据Drummond等（1985）沸腾的模拟计算和研究表明，[H^ ]浓度是决定沸腾热液中的Au,Ag等成矿元素命运的主要因素。因此，可以[H^ ]浓度（状态变量）作为序参量来反映成矿溶液中Au,Ag浓度的变化趋势，并建立其自组织过程的动力学方程与开放沸腾热液系统Au,Ag沉淀的耗散结构模型。     

震前地壳的动力学过程与超熵变化

本文根据一个非线性动力学模型,应用耗散结构理论和Lyapunov稳定性理论,讨论了震前地壳在与外界同时存在物质和能量交换时的动力学行为和超熵判据,并分析了拉仲试验过程中的超熵变化。对100km~3体积的弹性体,用地壳的实际参数进行了形变与震级的对应关系计算。最后,分析和讨论了青海省门源6.4级地震前地壳的超熵变化过程。     

不同含水率作用下砂岩的能量机制研究

水对岩石具有软化、溶蚀和水楔作用,为研究不同含水率作用下岩石的能量机制,利用MTS815岩石力学试验系统开展了5种含水率状态下砂岩的常规三轴压缩试验。结果表明：随含水率的增大,岩石吸收总能量的增速和总量减少;弹性能增速在储能阶段随含水率的增加而减小,但弹性能的释放速率则大致相当,岩石的储能极限随含水率的增大而减小;岩石变形破坏所耗散量随含水率的增加而较小,但不同含水率作用下岩石的峰前和峰后能量耗散速率则大致相当;岩石的耗散能比例可以反应内部的损伤状态,耗散能比例随时间变化呈现出先增大后减小,然后再稳定增长,最后急剧变大的规律;随着含水率的增大,声发射能率的集中程度和强度逐渐减小,声发射累计能量随含水率的增大而减小,表明随着含水率的增加,岩石的储能能力和应变能释放能力降低,岩石的脆性破坏特征减弱,塑性增强。