中国南海东部海域气候特征及风浪流极值参数的研究——LAGFD数值模式群的应用

本文采用先进的ＬＡＧＦＤ风、浪数值模式和ＰＯＭ（ＰｒｉｎｃｅｔｏｎＯｃｅａｎＭｏｄｅｌ）三维海流模式对自１９４５～１９９５年间发生并影响南海东部海域的２９９个历史最强热带气旋过程进行数值后报,给出了南海东部部分海域（１９°～２３°Ｎ,１１３°～１１８°Ｅ）中１０００ｍ等深线内６０个点的多年一遇风、浪、流和水位极值,并简要分析了南海东部（１５°～２７°Ｎ,１０８°～１２２°Ｅ）的气候特征,为该海域区域性海洋环境研究与工程开发提供了基础参考数据。     

东海沿岸上升流的数值计算

运用Ｂａｃｋｈａｕｓ的三维非线性模型,同时考虑潮,风和台湾暖流的作用,本文计算了夏季我国东海沿岸上升流。结果表明,东海沿岸从杭州湾口外一直到闽北的海底坡折区上存在明显的上升流,它呈带状分布,宽约４０ｋｍ,舟山近海的强上升流出现在３０ｍ层,向南则可达到较深的水层,流速一般为６．５×１０＾－３ｃｍ／ｓ。     

张力腿平台绕流数值模拟分析

在一定来流条件下,张力腿平台(tension leg platform,简称TLP)的立柱后缘出现周期性的交替旋涡脱落,致使立柱受到垂直于来流方向的升力和平行于来流方向的阻力作用,导致TLP产生大幅度往复运动,显著增加平台结构和系泊系统的负载。目前,关于单柱、多柱结构绕流问题的研究较多,但对于TLP绕流特性的研究较少,机理尚存不明确的地方。为研究TLP的绕流力变化情况和流场特征,开展了数值模拟分析。利用计算流体动力学数值模拟软件,基于雷诺平均(RANS)法和分离涡模拟(DES)法对TLP绕流场进行仿真分析,揭示了TLP的绕流特性。结果表明,在3种来流角度和多个折合速度V_r下,TLP绕流的流体力系数存在明显差异,升力系数时域曲线呈现脉动性。TLP的上、下游立柱间存在明显的相互作用,影响了旋涡的形成与发展。TLP的旋涡脱落大多集中在平台固有频率附近,且在V_r=7,来流角度为0°时,升力系数频谱峰值最大,旋涡脱落集中。     

印度尼西亚海及周边海域层结的时空变化特征分析

本文利用World Ocean Atlas 2013 (WOA13)和Simple Ocean Data Assimilation version 3.1.1 (SODA v3.3.1)温盐资料,分析印尼贯穿流(ITF)路径及所经印度尼西亚海及周边西太平洋、南海和东印度洋海域的层结强度(N²)和跃层特征的三维时空变化特征。结果表明,气候态下ITF 3条路径上跃层平均N²差异较小,其中中部路径平均值最大,为10^−3.68 s⁻²,东部路径平均值最小,为10^−3.71 s⁻²;各路径跃层深度和厚度存在明显差异,东部路径跃层深度和厚度最大,分别为124 m和192 m,中部次之,西部最小为99 m和143 m,并且印尼海的跃层深度和厚度平均值均小于其他海域。印尼海N²存在显著的季节变化和4～7 a的多年周期变化,其中年际变化可能主要受厄尔尼诺−南方涛动事件影响。季节上,在印尼海域内,ITF 3条路径夏季层结强度均小于冬季(北半球夏冬季),夏、冬两季N²差值最大可达到两个量级。1993−2015年的长期变化趋势显示,印尼海及周边大部分海域的层结强度呈现增强趋势,其中印度洋中部和哈马黑拉海23 a内最大层结增强近0.1个量级。     

末次盛冰期气候环境基本特征和数值模拟研究进展

末次盛冰期(LGM)是古气候学研究的热门时期之一,很多学者采用不同的研究方法探讨了该时期气候环境变量的特征和变化,尽管各自的侧重点有所不同,某些结论也尚不一致,但是目前初步形成了关于LGM时期的很多共识。针对近20年来不同学者利用重构数据和数值模式模拟等方法对LGM时期开展的研究工作,从物理海洋研究的角度和需求,对LGM时期的地形分布、大气辐射和CO2浓度、海冰和陆地冰川分布、海表面温度以及海洋环流等主要物理要素进行系统描述,总结了LGM时期气候环境的基本特征。结果发现LGM时期海洋表层温度降低,但存在着区域性的温度升高,深海海洋各大洋温度更趋于一致性,冰川受季节性影响较大,主要差别在于北半球,大西洋经向翻转流和南极绕极流的强度仍存在争议。随着LGM时期气候变化研究的深入,关于该时期气候环境基本特征的认识也会继续得以深化和完善,关于过去20年间LGM时期气候要素研究的综述也会对后续数据重构和数值模拟工作具有一定的参考作用。     

沿岸流非线性不稳定特征数值研究

当不稳定剪切波的波幅达到有限幅值之后,需要用非线性不稳定模型来分析沿岸流不稳定运动特征。本文通过建立并验证沿岸流非线性不稳定数学模型,在讨论该模型参数对沿岸流不稳定影响的基础上,率定实验中的模型参数并利用该数学模型模拟了实验中沿岸流不稳定的发展过程及其特征,主要结论有:（1）底摩擦系数越小,侧混系数越小,不稳定发生的时间越早,不稳定的波动幅值越大;（2）沿岸流非线性不稳定演化可能出现的5个阶段（线性阶段、倍周期阶段、大周期阶段、波群阶段以及不规则阶段）,实验中出现的沿岸流通常处于线性阶段或非线性倍周期阶段,倍周期阶段的涡旋是由线性阶段的涡旋发生追赶、配对直至合并产生的。涡旋配对以碰撞的形式发生,大部分能量转移至追踪波,然后以较慢的涡旋速度沿岸传播。     

横向受迫振荡圆柱低雷诺数绕流问题数值模拟

对雷诺数Re=200的圆柱在均匀来流中横向受迫振荡的问题进行数值模拟分析.通过改变运动圆柱的振荡频率和振幅,分析圆柱所受作用力及圆柱尾流泻涡结构的变化特性,振荡圆柱在非锁定状态和锁定状态下作用力曲线和圆柱尾流泻涡结构的变化情况,以及不同圆柱振荡频率和振幅情况下单个振荡周期内圆柱尾流泻涡结构模式之间的转换特征.     

北太平洋波浪输运和西边界流的季节变化

西边界流输运可以用Sverdrup理论推算出来.本文首先利用ECMWF再分析风场数据,计算了44年的月平均的风应力旋度及Sverdrup体积输运,在北太平洋3条纬度上对Sverdrup体积输运进行积分,得到Sverdrup体积输运的季节变化,从中发现,在向赤道流动的方向上,Sverdrup体积输运在冬季存在最大值,夏季存在最小值;同样利用ECMWF再分析波浪数据,计算了44a的月平均的Stokes体积输运,在相同纬度上对Stokes体积输运进行积分,得到Stokes体积输运的季节变化,从结果中发现,在向赤道流动的方向上,Stokes输运在冬季存在最大值,在夏季存在最小值.在本文中设定R=T_(st)/T_(sv)×100%,T_(st)为Stokes体积输运,T_(sv)为Sverdrup体积输运,发现Stokes输运和Sverdrup输运存在同位相的季节变化,并且(-R)冬季平均值在5%以上,年平均值在2%～3%左右,从而推断出波浪诱导的输运对Sverdrup输运,既对西边界流有不可忽视的贡献.     

基于X波段雷达的表层流估计算法初步研究

对X渡段雷达记录的连续雷达图像进行分析,能够获取海浪和表层流信息.不存在海洋表层流情况下,雷达图像的谱能量分布在静水频散关系确定的平面上,而雷达相时海浪场的运动(比如表层流)使雷达图像的谱能量分布产生多普勒频移,对此频移进行最小二秉拟合.可以确定表层流的大小和方向.