长江口及其邻近海区环流和温、盐结构动力学研究Ⅱ.环流的基本特征

利用POM模型,以研究海区的海面风应力、温度和盐度资料作为海面边界条件,以与外海界面处的温度和盐度资料作为侧向液边界条件,并考虑长江径流、台湾暖流和东海沿岸流的影响,对长江口及其邻近海区各季节的三维斜压环流和温、盐结构进行了数值模拟。环流的数值结果表明,冬季和秋季研究海区的水平环流主要由长江径流、东海沿岸流、台湾暖流、杭州湾环流和沿岸流与台湾暖流之间的气旋和反气旋涡构成;东海沿岸流与长江径流顺岸南下,随着自北往南岸界地形坡度的增大,其流幅变窄,流速增强;台湾暖流沿陡坡及其外缘蜿蜒北上,随着自南往北水深的变浅,其流幅由宽变窄继而又由窄变宽,流速却一直由强变弱。冬季和秋季海区纬度断面垂直环流的总趋势由近岸向外海流动,海底地形变化缓慢区离岸流产生波动,海底地形变化显著的陡坡区离岸流产生剧烈振荡而生成强升降流。春季和夏季研究海区的水平环流主要由长江径流与东海沿岸流汇合流、台湾暖流、杭州湾环流、舟山群岛附近及长江径流和东海沿岸流汇合流与台湾暖流之间的气旋和反气旋涡构成;长江径流和台湾暖流平行北上并在长江口以北产生顺时针偏转。由海区水平环流特征和变化趋势证实,春季长江冲淡水已开始向东北偏转,夏季冲淡水的偏转程度、伸展距离和扩展范围都更甚于春季;春季在长江口近岸存在弱上升流,夏季长江口外的陡坡区出现下降流,而长江口以北和以南的陡坡区出现上升流。     

基于Voxler平台的太平洋中尺度涡合成三维结构

为深入研究太平洋中尺度涡的三维结构特征,解决常规一维剖面和二维平面图对温盐空间分布规律分析不足的弊端,文章在三维结构合成分析的基础上首次引入Voxler平台,建立太平洋中尺度涡温盐要素的三维数据模型,实现太平洋中尺度涡三维结构的可视化表达,利用历史观测数据合成的太平洋中尺度涡三维结构,对温盐结构特征进行直观的全空间三维分析。研究结果表明:太平洋反气旋涡温度异常的主体结构深度约200m,呈鹅卵石状,涡旋结构可维持到1 000m;盐度异常的主体结构深度约300m,呈水平扁平水滴状,涡旋结构仅维持约800m;与盐度异常的三维结构相比,温度异常结构较复杂,且涡旋结构更明显,到达深度也更深,即温度受中尺度涡的影响更显著。     

青岛冷水团的生成与演变研究

本文基于现场观测资料并结合FVCOM三维海洋模式的模拟结果,研究了2010年青岛冷水团生消过程和演变机制。结果表明,山东半岛东南海域的中层冷水是青岛冷水团的雏形,于4月中旬演变为青岛冷水团,位于青岛东南外海40m以下的盐度锋面中;刻画了青岛冷水团的消亡过程:5月青岛冷水团的北部底层水并入南黄海底层冷水中,构成南黄海的西部冷中心;而南部水团面积大幅减小,温盐特征大幅上升;6月上旬,青岛冷水团完全被南黄海底层冷水吞并,青岛冷水团完全消亡;揭示了青岛-石岛近海反气旋涡、黄海冷水团锋面密度环流对青岛冷水团的作用,前者是青岛冷水团存在的动力机制,后者加剧了底层海域的水平热量交换,促使了青岛冷水团的消亡。     

基于平行双板结构的圆管尾流抑制方法研究

通过数值模拟方法对基于平行双板的圆管尾流进行抑制研究。以二维不可压缩粘性流体方程为流动控制方程,并采用稳定化流体有限元方法求解。基于数值结果,详细探讨了平行双板的安装角度和板长等关键特征参数对尾流的抑制作用和影响。数值分析发现,平行双板结构对尾流的抑制作用明显优于传统单板控制。计算结果显示,基于平行双分隔板的尾流抑制最优位置为从圆管后驻点起向上游40°~50°处,并且与单板相比,在更短板长条件下,亦可完全抑制圆管的旋涡脱落,从而尾流从非定常涡旋流转入定常流动。当安装位置为θ≥80°时,被控圆管表面压力分布与无控圆管类似,说明此时平行双板控制无减阻效应。最后,基于数值模拟结果,对本方法的尾流高效控制效应,给出了相应的流动机制。     

不同倒角半径四柱体绕流数值模拟及水动力特性分析

为研究四柱体布置情况下倒角半径变化对柱体绕流水动力特性的影响,使用Fluent软件,采用大涡模拟方法研究了在雷诺数Re=3 900下6种不同倒角半径的柱体在方形四柱体布置时的三维流场。在模型分析验证有效后,分析了柱体后方瞬时流场、水动力参数、时均流场的变化情况。分析结果表明:随着倒角半径的增大,上游柱体的平均阻力系数逐渐减小,下游柱体的平均阻力系数除了在R~+=0.1处增幅很大以外,其余均随倒角半径变大而平稳变大;各柱体的升力系数均方根变化趋势基本相同;R~+=0.1、0.5时,上下游两柱体的升力系数曲线相位相反,而在R~+=0.2、0.3和0.4时,上下游两柱体的升力系数曲线相位相同。     

低雷诺数下圆柱强迫振动特性光滑粒子流体动力学模拟

基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法,开发了能够准确描述水流作用下圆柱强迫振动特性的数学模型。通过引入适合于无网格粒子法的开边界算法,来模拟出入流边界条件,建立了具有造流功能的SPH数值水槽。圆柱及计算域的上下边界均采用修正的动力边界条件进行模拟。借助于粒子位移矫正和压力修正算法,避免了圆柱周围流体粒子压力大幅震荡以及结构下游区域出现空腔等非物理性现象。使用典型的圆柱绕流数据,验证了所建SPH模型的计算性能,研究了固定圆柱在低雷诺数情况下的尾涡脱落模式和升阻力变化规律。明确了低雷诺数下强迫振动圆柱在频率锁定以及非锁定区间内的升力变化规律,量化了升力与外界激励频率之间的关系。     

垂直流人工湿地填料的淤堵机理初探

应用人工湿地技术处理污水时,填料的淤堵往往是制约其处理功效和使用寿命的主要因素.本研究采用垂直流人工湿地单元模型,通过测定填料有效孔隙率与截留SS总量、COD降解量、生物膜的增长量之间的关系,初步探讨填料淤堵机理.结果表明:进水中悬浮颗粒全部为无机颗粒的系统较进水中全部为溶解态污染物质的系统更易造成淤堵,进水中全部为溶解态污染物的系统至实验结束时未出现淤堵现象.淤堵发生后,填料上层的渗透系数明显低于中下层,表明淤堵主要发生在填料上层部分;截留的不可生物降解无机SS、被截留但未被降解的有机SS、生物膜的生长及老化脱落、以及被上述物质吸附的水是导致淤堵的主要原因.淤堵发生后,湿地日污染物去除总量降低,湿地功效受到影响.     

Tully-Fisher关系与重子Tully-Fisher关系的研究进展

Tully-Fisher关系和重子Tully-Fisher关系(简称TFR和BTFR)反映盘星系光度(重子物质质量)与气体旋转速度之间的关系。TFR和BTFR不仅是宇宙中重要测距工具,还是检验宇宙学模拟正确性的重要标尺。早期人们用各种波段的光度研究TFR,其中I与R波段弥散最小;后来的工作也采用星系恒星质量与旋转速度的关系。相比于TFR,BTFR具有弥散更小、适用范围更广的优点。星系旋转速度研究上,干涉阵望远镜相对于单天线的主要优势包括能得到更高的空间分辨率和速度场,再借助倾斜环模型能将中性氢运动特征参数化;而像FAST这样的大口径单天线望远镜,由于灵敏度高,在探测超弥散星系(UDG)等暗弱源候选体方面有优势。除综述研究进展以外,还初步研究了大质量星系BTFR受气体含量的影响。     

基于高光谱影像的瞿昙寺壁画颜料层脱落病害评估

瞿昙寺因寺内所藏巨幅彩色壁画而闻名,但由于受到自然因素及人为因素的影响,寺内51间壁画廊中有些壁画已经发生褪色、龟裂、卷翘、起甲、颜料层脱落等病害,尤其是颜料层一旦脱落,对于不可再生的壁画来说,损失无法弥补。因此在壁画的保护修复过程中,对壁画病害的识别与评估就变得十分关键。以瞿昙寺西回廊的高光谱图像数据为研究数据,利用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)方法对壁画病害识别分类;以此提取的病害矢量数据为基础,构建壁画病害的评估指标要素,进而提出基于多元统计回归的LS-SR-AIC评估模型,实现壁画病害严重程度的评估。实验结果表明:利用该方法颜料层脱落病害的SVM提取精度达95%以上,同时为颜料层脱落病害工程评价提供了一种新的方法指导,为文物的健康评价走向定量化评估提供参考与借鉴。     

波浪与起伏水平板防波堤相互作用数值模拟

利用自主研发的基于紧致插值曲线CIP(constrained interpolation profile)方法的数学模型,开展规则波与起伏水平板防波堤相互作用的数值模拟研究。模型在笛卡尔直角坐标下建立,以CIP方法为流场基本求解器,分步求解Navier-Stokes方程,利用高精度的流体体积类型的THINC/SW (tangent of hyperbola for interface capturing with slope weighting)方法重构自由液面,采用浸入边界IBM(immersed boundary method)方法处理波浪与起伏板防波堤的耦合作用问题,通过动量源项造波方法模拟波浪的产生。重点关注波浪的浅水变形和板两端涡旋脱落的非线性现象,分析不同潜深、波要素下的板周围流场分布、板的运动响应和波浪的反透射系数。结果表明:起伏水平板主要通过能量反射、板上浅水变形和板两端的涡脱落消能,能有效减小板后波高,具有作为防波堤的可行性。