局部微分求积法的深水包络孤立波数值模拟

利用局部微分求积法(LDQ)对非线性薛定谔(Schr dinger)方程进行数值求解,分别模拟了单深水孤立波运动,同向双深水孤立波追赶碰撞耦合运动,高阶孤立波振动和孤立波的反射与透射现象,得到各情况下的数值结果。从数值模拟及图像中揭示非线性薛定谔方程的性质和特点,阐述深水孤立波形成的物理意义、运动方式和运动规律,分析在不同初值条件下波形的变化特点,验证了LDQ法对该类问题的有效性。     

闽中近岸西北行路径台风浪波向特征

台风浪的研究对于船舶航行、避风以及港口、海洋和近岸建筑物的安全有着重要的现实意义。本文基于考虑波浪折射、底部损耗及波浪破碎等的波谱模型,在充分考虑风能量输入、白帽耗散、波浪破碎以及波-波间的非线性相互作用等物理过程后,对在福建省中部登陆的0513号"泰利"、0709号"圣帕"和0808号"凤凰"台风引起的台风浪过程进行了数值模拟计算。计算结果与实测数据相吻合,并总结出闽中近岸西北行路径台风浪的波向变化规律。为近岸海域船舶航行和港口工程防灾减灾提供了较为重要的参考依据。     

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。     

三次黑潮大弯曲形成机制的分析

通过对HYbrid Coordinate Ocean Model(HYCOM)高分辨率海洋环流模式(1/12°)数值模拟结果的分析发现,该模式对1993—2003年的模拟结果出现了3次显著的黑潮大弯曲现象。研究表明,日本以南这3次黑潮大弯曲路径的形成与2种机制有关:沿30°N西传的海洋Rossby波将太平洋145°E附近海面高度正异常信号传到九州岛东南海域是第二次黑潮大弯曲的主要形成机制;而冲绳海槽北部海水的位势涡度负异常则有利于九州岛东南反气旋再循环流海域海面高度正异常,有助于第一次和第三次黑潮大弯曲路径的形成。     

热带不稳定波的年际变化及其与ENSO的关系

使用最优插值的1/4?逐日海温再分析资料(NOAA OISST V2.0)逐日海温资料研究了热带不稳定波(TIWs)的年际变化特征及其与厄尔尼诺与南方涛动(ENSO)的关系。结果表明:TIWs一般在每年的5~7月开始出现,在11~12月末或次年1月末消亡。TIWs和ENSO存在负相关关系,即在ENSO暖位相年(厄尔尼诺年),TIWs强度减弱;在ENSO的冷位相年(拉尼娜年),TIWs强度增强。进一步分析表明,在TIWs活跃的6~12月,其与ENSO存在很好的负相关,且相关性在12月最好。对TIWs和尼诺3.4区指数(NINO 3.4)海表面温度距平(SSTA)进行超前滞后相关分析,发现在TIWs超前ENSO 2~3个月时两者的相关性最显著,这意味着TIWs可能对ENSO循环具有调控作用。     

2008年中国沿岸冬季寒潮激发陆架波的小波分析

This study applies the wavelet analysis to the tidal gauge records, alongshore winds, atmospheric temperature and pressure along the China coast in winter 2008. The analysis results show three events of sea level oscillations(SLOs) on the shelf induced by winter storms. The first event occurred from January 9 to 21. The SLO periods were double-peaked at 1.6–5.3 and 7.0–16.0 d with the power densities of 0.04–0.05 and 0.10–0.15 m2·d, respectively.The second event occurred from February 5 to 18. The SLO period was single-peaked at 2.3–3.5 d with power density of 0.03–0.04 m2·d. The third event occurred from February 20 to March 8. The SLO periods were doublepeaked at 1.5–4.3 and 6.1–8.2 d with the power densities of 0.08–0.11 and 0.02–0.08 m2·d, respectively. The SLOs propagated along the coast from Zhejiang in north to Guangdong in south. The phase speeds ranged about 9–29m/s from Kanmen to Pingtan, 5–11 m/s from Xiamen to Huizhou and 11–22 m/s from Huizhou to Shuidong. The dispersion relation of the SLOs shows their nature of coastal-trapped wave.     

粤东后江湾涨落潮下的碎波带波能与滩面地形时空变化分析

利用涌浪和处于陡滩面、滩面下陡坎和深槽海滩地形条件下的海滩碎波带压力波和滩面地形资料,对碎波带中的入射总波能、长重力波能及两者比值随潮位涨落的变化关系,碎波带动力因子与滩面地形之间的作用关系及典型相关和多维偏交叉谱关系等作了初步分析。结果表明,碎波带中的入射总波能与潮位涨落呈现出一致的变化规律;而碎波带中的长重力波能变化与潮位涨落变化趋势相反;碎波带各动力因子、滩面潜水位和碎波带波浪、潮位及滩面地形引起的滩面陡坎处破波点位置变动等因素的耦合作用,对滩面向海发育和滩面地形变化有重要影响。     

基于Zemax外海观测光纤探针传感器探头结构的优化设计

光纤探针法是一种适合观测波浪破碎瞬间卷入微气泡羽流的方法,现有的观测探针探头多采用塑料、玻璃等材质,存在脆性大、损耗大、不耐低温、易腐蚀等缺点,拟设计一种蓝宝石光纤探针克服其局限性,提升探测性能.文章在介绍光纤探针传感器测量原理的基础上,采用光学仿真软件Zemax建立了光纤探针传感器探头的仿真模型,并利用模型对其每针的材质、形状、角度等结构设计关键因素进行了优化设计,由仿真结果确定了每针形状为圆锥形、传输材质为蓝宝石.该仿真结果将为后续光纤探针传感器系统的整体设计及光路优化奠定基础.     

南海北部陆架区内波的演变与耗散机制

海洋是多尺度强迫-耗散系统,机械能主要在大尺度输入,在小尺度耗散。在大、中尺度运动的能量向小尺度湍流传递过程中,内波扮演着重要角色。内波的生成和破碎可打破海洋动力平衡,而在陆架区,内波（主要是内孤立波）的浅化演变与耗散则是驱动湍流混合的关键过程。通过长期的理论、观测与数值模拟研究,目前已认识到内波浅化过程中主要发生如下演变：波形调制、极性转变、裂变、破碎与耗散。相较于直接发生破碎,浅化演变过程中的裂变及其引发的剪切不稳定和对流不稳定是内孤立波在陆架区的主要耗散机制,显著调制陆架区的跃层混合。从能量串级的角度讲,内孤立波浅化裂变为动力不稳定的高频内波是潮能串级的重要通道。本文简要回顾南海北部陆架区内波的研究历史,并着重总结内波在陆架区演变与耗散机制的研究进展。     

绿色海堤的沉积地貌与生态系统动力学原理: 研究综述*

绿色海堤是传统结构工程与海岸生态系统共同组合而成的新型海堤, 用以应对未来海面上升、风暴加剧给低地海岸防护带来的挑战。需解决的问题主要有海岸生态系统消浪过程及生态系统在海堤体系中的配置方式。理论分析、现场观测、物模数模所获结果表明, 海岸生态系统确有显著的消浪功能: 1) 陆架泥区消浪, 其机制以再悬浮和浮泥运动为主, 底部摩擦为次; 2) 潮滩下部的粉砂细砂滩底部摩擦和推移质运动共同造成波能耗散, 而上部的泥滩则以再悬浮和悬沙输运为主; 3) 在盐沼、红树林、海草床等由植被构成的生态系统, 植物通过形态阻力、茎秆运动来阻滞水流、耗散波能, 其效能高于沉积物床面对波能的耗散; 4) 生物礁主要有珊瑚礁和牡蛎礁, 其消能作用主要通过床面摩擦和波浪破碎, 效能较高, 尤其是在风暴期间。生态系统如何成为海堤的有机组成部分, 尤其是侵蚀型海岸的生态位修复和绿色海堤整体设计, 还需进一步研究相关的科学问题: 与硬质工程结合的盐沼-牡蛎礁的适应性生物学; 未来环境变化条件下生态系统的稳定性; 绿色海堤生态系统空间配置及其与风暴事件的时间尺度匹配; 基于均衡剖面理论的海堤形态优化。