有限深两层流体内孤立波非线性数值模拟入口边界条件研究

基于有限深两层流体KdV(Korteweg-de Vries)、eKdV(extended KdV)和MCC(Miyata-Choi-Camassa)理论,以内孤立波诱导上下层深度平均水平速度为入口边界条件,采用理想流体完全非线性欧拉方程,建立了两层流体中内孤立波生成的CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟方法。以系列数值模拟结果为依据,结合内孤立波非线性和色散参数的组合条件,给出了选择合适内孤立波理论解作为CFD数值模拟入口边界条件的方法,从而实现了振幅与波形可控的内孤立波完全非线性数值模拟。     

海洋管道S型铺设过程研究

随着海洋科学技术的发展和人类对于海洋油气资源认识的不断增加,海洋油气资源的开发从近海走向远海。作为海洋油气运输主要方式的海洋管道,其铺设问题成为焦点。常见海洋管道工程铺设方法为:拖曳铺设、卷筒铺设、J型铺设、S型铺设。通过引入先进的国际海洋工程软件OrcaFlex并结合国内外关于海洋管道铺设的工程手册及相关规范、标准,如DNV、API、AWS等,实时模拟研究S型海洋管道铺设过程。结合作者工作经历及实际海洋铺管工程背景算例分析,研究铺管上弓段接触点、悬垂段及触底段在铺设过程中的各自静力、动力特性。对海洋管道S型铺设过程中应该注意的一些有关设计、工艺和HSE低成本安全高效铺设等方面提出几点有用的意见。     

港池泊稳的能量平衡方程数值模拟

对基于能量平衡方程的多向随机波浪传播数学模型进行改进,通过模拟不同防波堤绕射引起的港池泊稳,验证模型的合理性和有效性。利用非线性弥散关系提高模型计算浅水变形的精度;采用二次逆风差分格式离散控制方程,避免了加入绕射项引起的数值耗散;并将文氏谱加入模型中,使其更加适合中国海域的工程应用。应用改进后模型绘制的双突堤和岛式防波堤绕射系数图与我国《海港水文规范》图进行了对比。对比结果十分接近,可以较好地描述港池的泊稳状况,为综合计算波浪在近岸的浅水变形、折射、绕射、反射和能量耗散等作用奠定了基础。     

广西典型海湾物质输运滞留时间研究

为研究广西典型海湾物质输运的时间尺度,建立了钦州湾和铁山港湾水动力与物质输运数学模型,计算了钦州湾和铁山港湾物质输运的滞留时间和半交换周期,探讨了滞留时间随入海径流量的变化以及与半交换周期的关系.结果显示,钦州湾的滞留时间为413 - 595 h,半交换周期为148 - 178 h,铁山港湾的滞留时间为215 - 598h,半交换周期约为50 h,钦州湾和铁山港湾的滞留时间均随径流量增大而减小.铁山港的滞留时间在小流量情况下随径流量的变化显著,在大流量下随径流量变化较小,而钦州湾的滞留时间随径流量大致呈线性变化.钦州湾和铁山港的滞留时间和半交换周期之间尚无明确的函数关系,这反映了不同海域的水深、地形及径流与潮汐相互作用的差异性和复杂性.     

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CFD-based numerical analysis of a variable cross-section cylinder

Using ANSYS-CFX, a general purpose fluid dynamics program, the vortex-induced vibration (VIV) of a variable cross-section cylinder is simulated under uniform current with high Reynolds numbers. Large eddy simulation (LES) is conducted for studying the fluid-structure interaction. The vortex shedding in the wake, the motion trajectories of a cylinder, the variation of drag and lift forces on the cylinder are analyzed. The results show that the vortices of variable cross-section cylinder are chaotic and are varying along the cylinder. In places where cross-sections are changing significantly, the vortices are more irregular. The motion trail of the cylinder is almost the same but irregular. The drag and lift coefficients of the cylinder are varying with the changes of diameters.     

Results of a CLM4 Land Surface Simulation over China Using a Multisource Integrated Land Cover Dataset

In this study, the high-accuracy multisource integrated Chinese land cover （MICLCover） dataset was used in version 4 of the Community Land Model （CLM4） to assess how the new land cover information affected land surface simulation over China. Compared to the default land cover dataset in CLM4, the MICL data indicated lower values for bare soil （14.6% reduction）, nee- dleleaf tree （3.6%）, and broadleaf tree （1.9%）; higher values for shrub cover （1.8% increase）, grassland （9.9%）, cropland （5.0%）, glaciers （0.5%）, lakes （1.6%）, and wetland （1.1%）; and unchanged for urban areas. Two comparative CLM4 simulations were conducted for the 33-yr period from 1972 to 2004, one using the MICL dataset and the other using the default dataset. The results revealed that the MICL data produced a 0.3% lower mean annual surface albedo over China than the original data. The largest contributor to the reduced value was semiarid regions （2.1% reduction）. The MICL-data albedo value agreed more closely with observations （MODIS broad- band black-sky albedo products） over arid and semiarid regions than for the original data to some extent. The simulated average sensible heat flux over China increased by only 0.1 W m 2 owing to the reduced values in arid and semiarid regions, as opposed to increases in humid and semihumid regions, while an increased latent heat flux of I W m-2 was reflected in almost identical changes over the whole region. In addition, the mean annual runoff simulated by CLM4 using MICL data decreased by 6.8 mm yr-1, primarily due to large simulated decreases in humid regions.     

华北地区夏季降水模拟研究:区域气候模式性能评估

利用高分辨率区域气候模式Reg CM3对华北地区1991—2002年夏季气候进行了数值模拟,对照中国台站的实测资料,对模拟的华北地区夏季降水、温度进行了较为全面的比较,以检验模式的模拟性能。对平均场的模拟结果检验认为,该区域气候模式对华北地区夏季降水的空间分布模拟存在一定的误差,河套地区及黄河以南地区降水量接近实况,沿着太行山脉及东部沿海地区降水量明显偏多。模式对温度的模拟误差较小,较好地再现了气温的空间分布特征,但山西及以北地区模拟的温度略偏低。模式能够较好地模拟出华北地区夏季降水和气温的年际变化,成功再现了该区域降水和气温的异常变化。模式能够成功模拟出该区域降水和气温日变化特征,特别是对于逐年夏季的降水日变化过程的峰值和谷值均有成功表现,对于典型年份华北地区较强降水过程中降水发生的时间、落区、强度等也有再现能力,不足的是模拟的降水量比观测偏大。对于模式误差是否与地形或模式积云对流参数化方案等有关,需要进一步探讨。     

遥感信息与作物模型结合在冬小麦区域模拟中的应用

遥感数据与作物模型结合是当前农业信息技术应用研究的重要内容和发展趋势之一,能够解决单独利用遥感或作物模型无法解决的问题。为了开展大范围、区域性作物生长过程的模拟和产量预测,首先对作物模型WOFOST进行了订正和验证,使得调整后的模型适于模拟河南新乡县冬小麦生长;根据实际生产分三类情形模拟新乡县2002—2003年度冬小麦的生长发育状况;利用全生育期内能获取的Landsat-7 ETM+数据反演叶面积指数,结合WOFOST模型的模拟情况,确定每个像元对应的冬小麦的生长状况,从而在像元上实现了WOFOST模型对冬小麦生长的模拟;最后对照比较本研究方法的结果与当年新乡县冬小麦的统计情况,结果相近,验证了本文研究方法的技术可行性。