基于大涡模拟的三角形地形之层结流体湍动能收支模型

为了探究海底地形对湍流动能收支的影响,本文使用并行大涡模拟模式(The Parallelized Large-Eddy Simulation Model,PALM),以坡陡作为无量纲地形参数(δ),设置了亚临界、临界和超临界三种地形状态(δ=0.5,1和2)进行数值模拟。文章计算并呈现了地形作用下的流体速度和湍流动能收支分布,以及湍流动能平衡方程各参量。通过回归分析和量纲分析重点讨论了地形顶点处耗散和海表处能量的耗散,与地形坡陡的关系,得出其关系均呈指数形式。     

潮汐河口环流、湍流、混合与层化的物理学

简要回顾了潮汐河口环流、湍流、混合与层化的基本物理概念、内涵、研究方法、研究成果,指出了主要的研究进展,最后,展望了今后的研究方向。本文不考虑悬沙和风浪的影响。经典的河口环流也因潮汐应变的出现而受到挑战,河口环流由重力环流和潮汐应变环流构成。"涡黏度-剪切协方差(ESCO)"概念的提出,又区分出重力ESCO环流与潮汐ESCO环流。横向环流,尤其具有曲率的弯道中的横向环流,也得到进一步的理解。涡度方法的应用,揭示横向环流不仅由各种不同物理机制造成,而且对纵向河口重力环流有重要的影响。分层流中剪切湍流的理论加深了人们对潮汐河口湍流、混合的物理学的认识,势能差异方程更是使得定量理解潮汐河口混合与层化的三维时间、空间变化成为可能。     

我国东部海域高精度地转流的确定方法

针对目前带有高频信息的全球稳态海面地形模型的计算过程比较复杂的问题,该文采用移去恢复法,对由全球海面高模型得到稳态海面地形模型添加高频信息,并用新模型计算我国东部海域的地转流,分析其精度。结果表明:使用卫星重力场模型GOCE_TIM5,全球平均海面高模型CNES-CLS15,计算出分辨率为15′×15′我国东部海域的地转流,高频信息不明显;采用移去恢复法,利用GOCE_TIM5模型、CNES-CLS15模型、全球稳态海面地形模型CNES-CLS13,得到相同分辨率我国东部海域的地转流,与未采用移去恢复法相比,其结果中细节信息明显,与全球实测浮标数据更为接近,其精度与由全球稳态海面地形模型CNES-CLS13得到结果相当。     

利用Thorpe尺度估算南极点大气湍流廓线

分析了南极点(South Pole)2012年常规气象参数探空数据,统计了南极点全年的边界层高度分布,利用Thorpe尺度估算了南极点夏季及冬季的折射率结构常数Cn^2、大气相干长度、视宁度、等晕角等参数和边界层高度以上及边界层内的视宁度及其对整层(0—25 km)视宁度的贡献,将之与文献结果比对。结果表明:估算的Cn^2在近地面随高度迅速递减,300 m后随高度缓慢减小,5 km以后出现一个鼓包,10 km后随高度稳定递减,都呈现湍流主要集中于300 m以下这一特点。用Thorpe尺度估算的南极点冬季整层视宁度为1.87",270 m以上高度视宁度为0.39",与文献报道较为吻合。Thorpe尺度相较于其他外尺度模式估算过程更为简便。     

激光在小尺度湍流场中的透射功率模型

从激光在小尺度湍流场中的透射特性出发,对螺旋桨扰动粒子湍流场进行了模拟仿真,结果显示在距离螺旋桨较远的区域,存在尺度较大的涡旋结构;分析小尺度湍流场中粒子浓度时空变化情况,建立了小尺度湍流场中激光透射模型,并对理论模型进行了水池实验验证。实验显示：大尺度涡旋结构导致粒子浓度在距离螺旋桨较远的湍流区域比较近的区域变化更加剧烈;最终,从螺旋桨扰动流场导致粒子重新分布引起激光透射功率改变的角度,建立了激光在小尺度湍流场中的透射功率模型。     

水下气体射流的涡扩散理论模型

针对移动通气孔产生的水下气体射流开展了理论研究。由于移动速度的存在,传统的基于自相似假设的射流模型并不适用。在考虑到水气掺混过程产生的自由两相湍流特性的基础上,基于涡扩散理论和普朗特混合长度的概念,建立了轴对称水下气体伴随射流的力学数学新模型,给出了伴随射流扩散过程的解析解,由解析解计算的射流边界与实验结果吻合。     

南海北部深水区东西构造差异性及其动力学机制

This paper overviews research progress in observation, theoretical analysis and numerical modeling of submesoscale dynamic processes in the South China Sea(SCS) particularly during recent five years. The submesoscale processes are defined according to both spatial and dynamic scales, and divided into four subcategories as submesoscale waves, submesoscale vortexes, submesoscale shelf processes, and submesoscale turbulence. The major new findings are as follows.(1) Systematic mooring observations provide new insights into the solitary waves(ISWs) and the typhoon-forced near-inertial waves(NIWs), of which a new type of ISWs with period of 23 h was observed in the northern SCS(NSCS), and the influences of background vorticity, summer monsoon onset, and deep meridional overturning circulation on the NIWs, as well as nonlinear wave-wave interaction between the NIWs and internal tides, are better understood. On the other hand, satellite altimeter sea surface height data are used to reveal the internal tide radiation patterns and provide solid evidence for that the ISWs in the northeastern SCS originate from the Luzon Strait.(2) Submesoscale offshore jets and associated vortex trains off the Vietnam coast in the western boundary of the SCS were observed from satellite chlorophyll concentration images. Spiral trains with the horizontal scale of 15–30 km and the spacing of 50–80 km were identified.(3) 3-D vertical circulation in the upwelling region east of Hainan Island was theoretically analyzed. The results show that distribution patterns of all the dynamic terms are featured by wave-like structures with horizontal wavelength scale of 20–40 km.(4) Numerical models have been used for the research of submesoscale turbulence. Submesoscale vertical pump of an anticyclonic eddy and the spatiotemporal features of submesoscale processes in the northeastern SCS are well modeled.     

基于卫星高度计和漂流浮标数据间数学校验关系的黑潮流轴和流路主成分估计

由于卫星高度计数据分辨率高、观测范围广的特点,我们使用该数据开展了黑潮流的研究。在之前的研究中,卫星绝对地转流都被用于对黑潮流域的表层流场的时空变化特征进行研究,并采用了一些探测方法提取了黑潮流轴和流路。然而,海面绝对地转流是由绝对动力地形估计得到,应该被当做实际流场的地转分量,在实际应用中并不能代表真实流场。在本研究中,建立了气候态绝对地转流与网格平均的漂流浮标流场间的数学校验关系,以此对卫星绝对地转流场进行修正,即便这两种数据的性质存在些许偏差。因此,基于主成分探测法,修正后的卫星绝对地转流被用于探测黑潮流轴和流路。对比结果表明,由修正后的卫星地转流场探测得到的黑潮流轴和流路均要好于地转流和表层流估计结果。修正后的地转流有助于开展更加准确的黑潮流轴和流路的逐日探测。     

槽道湍流的展向振荡电磁力壁面减阻

采用直接数值模拟方法,对槽道湍流的展向振荡电磁力的减阻效果和减阻机理进行了研究,讨论了电磁力强度和振荡频率对湍流猝发事件以及壁面减阻率的影响.结果表明,电磁力强度或振荡频率变化时,湍流猝发频率和猝发强度的变化趋势是相反的,所以存在最优参数使得减阻效果最好.等价壁面展向速度可以很好地描述电磁力强度和振荡频率的变化对减阻效果的综合效应.     

用Argo温盐资料估计印度尼西亚贯穿流多年平均地转输送

利用Argo浮标资料,估计了2003—2007年期间印度尼西亚贯穿流（ITF）出口处114.5^οE断面上层(0—1000m)的地转流,并与WOA05资料进行对比。在114.5^οE断面上9.5^ο—18.5^οS之间,依据Argo资料计算的上层(0—1000m)地转流年平均输送为4.2Sv(1 Sv = 106m^3.s^-1),比依据WOA05资料计算的流量大0.5Sv左右,与前人对IX1断面的估算接近。依据Argo资料计算的ITF的季节变化也与WOA05比较一致,最大输送都出现在7月份,可以达到10Sv,而冬季二者差异较大。比较了盐度资料的差异以及114.5^οE断面南侧缺测对估计ITF地转流输送的影响,发现盐度资料的改善可以改进对ITF地转输送量的估计,而断面南侧的缺测对ITF年平均输送的影响较小。因此,Argo资料可以作为监测ITF输送量的一种有效手段,特别是用于年平均流量的研究。