完全非线性波浪破碎模型沿岸流数值模拟

探讨一种基于完全非线性Boussinesq方程的波浪破碎模型在沿岸流计算中的应用问题。针对控制方程中的完全非线性项对沿岸流成长过程的影响进行了深入讨论。数学模型计算结果表明,完全非线性项有使平均流局部化的作用;通过数模实验还发现,垂向高阶涡度项可以有效抑制破波区外回流;运用Visser的实验室沿岸流实测资料从沿岸流速度、波高和平均水位几方面对所提模型进行了验证,并给出了紊动参数的计算结果。     

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。     

洪泽湖风生流数值模拟

湖流是湖泊中污染物质扩散，悬浮物沉降及输移等的主要水动力学要素，造成湖水运动的成因机制很复杂，其中风生流是重要形式，本文通过构造一个二维闭边界数值模拟，对不同风情下的洪泽湖湖流流态进行模拟研究，探讨其入流较小，沿岩各闸关闭的枯季情况下的风生流特征。     

黑潮在吕宋海峡的形变及动力机制

根据１９９０年以来对吕宋海峡和中国南海（ＳＣＳ）北部的ＷＯＣＥ水文资料和其它海洋调查资料的分析，以及对同一海区的卫星遥测海表温度（ＳＳＴ）的资料处理，推断在吕宋海峡常年存在黑潮路径弯曲，西折进入ＳＣＳ并又流出ＳＣＳ的现象，作者将黑潮的这种变形称为“黑潮流套”。黑潮变形进入ＳＣＳ的位置在冬季位于海峡中部、南部附近，范围较大；在夏季略向北移，较集中于海峡中部，范围较小。作者认为，黑潮流套现象可用位涡守恒理论作定性的解释：当黑潮在吕宋海峡失去西边界支持后，其流轴以西贴近西边界的一部分流体，因具有较大的相对正涡度，会脱离黑潮主体在南海东北部形成反时针旋转或顺时针旋转的环流，而黑潮主体会以顺时针旋转的形式在海峡以西的海域出现。整个黑潮以弯曲、扩展的形式在海峡处产生形变，在海峡东侧出现反气旋涡旋的倾向。吕宋海峡黑潮流套及南海北部的诱生环流之流型，会因黑潮本身以及副热带环流整体的变化而变化，也与海峡的宽度有关。总之，吕宋海峡黑潮流套的形成是由当地特殊的地形条件和地转β效应这些内部机制决定的，它的常年存在有其必然性     

三次样条插值在浮性频率计算中的应用

在普遍利用海洋观测站标准层的温度、盐度数据估算稳定层化海水浮性频率的传统算法中引入自然三次样条插植方法，不仅可使计算结果的精度得以提高，而且还可方便地对观测深度范围内的任一水层进行插值，从而获得总体曲率最小的温度、盐度和浮性频率随深度的分布。本文以南海（13°30’N，118°30’E；9°30’N，lll°30’E）及北太平洋（40°00’N130°00’W）3个测站为例，说明了在浮性频率的传统算法中引入自然三次样条插值法的可行性。