Outer wave number spectrum and statistical distribution of apparent wave number vector

Based on the ray theory and Longuet-Higgins’s linear model of sea waves, the joint distribution of wave envelope and apparent wave number vector is established. From the joint distribution, we define a new concept, namely the outer wave number spectrum, to describe the outer characteristics of ocean waves. The analytical form of the outer wave number spectrum, the probability distributions of the apparent wave number vector and its components are then derived. The outer wave number spectrum is compared with the inner wave number spectrum for the average status of wind-wave development corresponding to a peakness factor P = 3. Discussions on the similarity and difference between the outer wave number spectrum and inner one are also presented in the paper.     

太平洋东边界波浪输运

通过计算2000年涌浪指标(swell index)的全球分布,发现太平洋东边界赤道附近区域存在涌浪池.利用ECMWF再分析波浪资料,计算出2000年全球月平均波浪体积输运.比较2000年全球月平均波浪体积输运和2000年QUICKSCAT月平均风场,发现在赤道太平洋东边界涌浪池区域内的波浪输运方向和风向存在很大的差别,两者方向相差大约90°.这进一步验证了该地区涌浪池存在的真实性.研究发现,赤道太平洋东边界涌浪主要来源于北太平洋和南太平洋的西风带对应的海区.在涌浪池区域内分别在2.5°S和2.5°N取两条边界(边界起点为125°W,终点为美洲大陆西边界),计算通过这两条边界进入赤道区域涌浪的Stokes体积净输运量.结果表明,不同月份通过南、北两条边界波浪的净输运量与当月南、北太平洋西风带的风浪强度密切相关.同时指出了,涌浪的体积输运将会对大洋环流系统产生潜在的重要影响.     

Effects of winds,tides and storm surges on ocean surface waves in the Sea of Japan

Ocean surface waves are strongly forced by high wind conditions associated with winter storms in the Sea of Japan. They are also modulated by tides and storm surges. The effects of the variability in surface wind forcing, tides and storm surges on the waves are investigated using a wave model, a high-resolution atmospheric mesoscale model and a hydrodynamic ocean circulation model. Five month-long wave model simulations are inducted to examine the sensitivity of ocean waves to various wind forcing fields, tides and storm surges during January 1997. Compared with observed mean wave parameters, results indicate that the high frequency variability in the surface wind filed has very great effect on wave simulation. Tides and storm surges have a significant impact on the waves in nearshores of the Tsushima-kaihyō, but not for other regions in the Sea of Japan. High spatial and temporal resolution and good quality surface wind products will be crucial for the prediction of surface waves in the JES and other marginal seas, especially near the coastal regions.     

基于潜标观测的黑潮-亲潮混合区近惯性能量季节变化特征研究

近惯性内波广泛存在于全球海洋,是维持深层海洋跨等密度面湍流混合及海洋层结的重要能量来源。基于黑潮-亲潮混合区的多年深海潜标数据,分析了:(1)该海域近惯性内波及其能量的季节变化特征与影响因素,(2)上层和深层近惯性运动的频率、波数谱及垂向分布等特征。结果表明,该海域存在丰富的近惯性动能,无论海洋上层还是深层均呈现显著的冬季强、夏季弱的季节变化特征,冬季(12～2月)上层的近惯性能量可占全年能量的41%,深层近惯性信号同样显著,同潮汐信号相当。平板模型分析表明,该区域近惯性动能的季节循环特征主要受风场的季节变化所主导,同时受到黑潮延伸体流轴的摆动调制。     

多种数字海洋地理环境信息的融合与可视化的局部实现

以潮汐、潮流和海浪数值的计算技术和数字海底地形模型的构造方法为基础,应用层次细节模型和三维渲染技术,完成了近岸海洋环境保障的多种数字海洋地理环境信息的融合与可视化的局部实现,为今后此领域的研究提供了理论和经验基础。     

北太平洋海浪场和风场特征分析

利用欧洲中尺度天气预报中心(ECMWF——European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)的1979年1月2014年12月逐6 h的ERA-Interim有效波高和10 m风场资料,分析了近36年期间北太平洋海域海浪场和风场的变化特征。结果表明:1)中低纬度的西北太平洋波高有逐年线性递增趋势,大约在0.2~0.6 cm/a,而低纬度的太平洋东北部海域则以-0.4~-0.2 cm/a的趋势减小。2)风速线性变化趋势显著的区域主要集中在太平洋东北部低纬度海域,约以1.0~2.0 cm/(s·a)的速度在增加。而日本岛四周、菲律宾半岛以南等海域大都以-1.0~-0.5 cm/(s·a)的速度减小。3)北太平洋海域波高和风速都具有明显的季节变化特征,两者具有很强的相关性。西风带内有一个个波高超过10 m的风暴圈,其波高受风浪和涌浪的双重作用。这可为航海、海洋工程设计、军事及海洋能开发与利用等方面提供科学依据。     

高阶非线性完全频散性波浪数值模型及应用

为更精确地模拟强非线性完全频散性波浪的传播,采用长波上非线性重力表面波传播高阶数学模型,综合参考此模式已有的研究成果,建立了一个高达五阶的完全频散性非线性数值模型。应用该五阶模式对斜坡地形、潜堤地形及正弦沙链地形进行模拟计算,并与已有的实验资料进行对比,结果显示五阶模式较低阶模式模拟结果的精度上有了明显提高,模拟波形与实验结果吻合度良好,证明高阶模式更适用于高频散高非线性波浪传播的数值模拟。     

正压准平衡海洋模型及其解Ⅱ:中纬度自由涡旋波动

本文研究了正压准平衡海洋模型中的自由涡旋波.得到的主要结论有:该模型中的解为波包,其载频都是西传的.在仅考虑大洋西海岸时其载频频率是连续谱;而同时考虑大洋东、西海岸时则其为离散谱;且均有其载频频率越高(周期越短)其水平尺度越大的特点,对过分低频的波动,则会使准平衡的假定不再适用.模型中波包载频的周期约在26 d至24 ...     

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。     

冲击凿岩钎杆的瞬态动力学分析

以ANSYS为平台，按照真实工作状态对凿岩钎杆进行了瞬态动力学分析，并对不同活塞形状下分析结果数据进行了比较，为冲击凿岩系统设计提供了理论依据。