含强水流高阶Boussinesq水波方程

采用摄动法并利用已建立的纯波情况下高阶Boussinesq方程,建立了可以考虑强水流与波浪相互作用的高阶Boussinesq方程.水流速度与波浪群速具有相同量级,且随时间和空间的变化尺度远大于波浪周期和波长.方程色散性近似到[4/4]阶Pade展开,对浅水情况方程可以是完全非线性的,可适用于波流相互作用的强非线性问题.通过将水流存在时波长和波幅的结果与一阶斯托克斯波结果对比,讨论了具有不同近似程度的3种含波流相互作用的Boussinesq方程的适用性.     

波浪-海流-微地形耦合的沉积动力模式建立及应用

沙纹微地形普遍存在于海底,沙纹的消长能改变底部应力进而影响泥沙的运移。以往研究较多侧重于波致沙纹,并已应用于波浪模式的底摩擦计算,而较少考虑波流联合效应产生的沙纹,也未将其应用于综合的水动力模式和沉积物输运模式。本文在POM水动力模式中嵌入新南威尔士大学泥沙模式,通过耦合波流共同作用的微地形模型与波流相互作用底边界层模型,发展了波浪-海流-微地形（沙纹）耦合的沉积动力模式。本文将该模式应用于澳大利亚Jervis湾,针对波主导和波流联合主导沙纹两种类型,分别进行了沙纹发展状态、几何形态的分布及悬浮泥沙的模拟。结果表明:波致沙纹比波流联合作用的沙波具有更大的波高和波长,因此当波主导时沙纹对悬浮泥沙起着关键作用。通过考虑随沙纹变化的粗糙度,相比于以往模式设置均一的粗糙度,该模型能对悬浮物浓度的骤升过程进行更精细的预测。     

浪、潮、风暴潮联合作用下的底应力效应

运用建立的二维非线性浪,潮和风暴耦全模式分析了波流相互作用下的底应力及其对耦合波浪场和流场的影响。由渤海的两次强寒潮过程的数值实验表明,在波流相互作用下,底应力明显增大,增大的底应力对波浪场影响甚微,但将明显改变水位和流速的大小,这种影响在近岸浅水区更加显著。     

中国近海中尺度涡分区分类与影响初探

海洋中尺度涡作为物质循环、能量串级和信息传递的关键尺度和重要环节,具有丰富的热动力学内涵。文章基于中国近海及毗邻海域的涡动能分区,重点综述中尺度涡的运动属性、动力学本质和局地特征,从尺度局限与尺度关联的角度阐示中尺度涡旋的扰动生成、传播、能量级联和耗散,及其在海洋多尺度动力过程、热盐配置、生源要素调控和中尺度海气相互作用中的影响,并就相关科学问题和进展提出研究建议。研究结果表明：研究中尺度涡的演变规律对理解海洋物质能量传递的多维度层次、尺度规模和过程形式具有重要意义,需整体加深海洋中尺度涡自适应观测和可预报性研究,增强海洋中尺度涡的尺度演绎分析和特异性分析,建立从天气尺度到气候环境变化、生物生态影响以及致害致灾风险的能量信息通道,构建中观海洋生态系统动力学理论与模型,探索海洋中尺度涡精细化灾害风险预评估区划和安全保障新途径。     

珠江口磨刀门月际尺度地貌演变研究

本文基于二维波流耦合泥沙数学模型对磨刀门河口月际尺度地貌演变进行了模拟研究。结果表明:（1）枯季,无波浪作用下,磨刀门河口总体呈淤积状态;波流耦合后,磨刀门河口整体由淤积转为以冲刷为主。洪季,无波浪作用下,磨刀门河口除西汊外均呈淤积状态;波流耦合后,拦门沙内坡与中心区转为冲刷状态,整体仍以淤积为主,但总淤积量减少;（2）月际尺度上,地貌变化幅度为厘米级,洪枯季具有明显差异。不考虑波浪作用下,磨刀门河口洪、枯季均以淤积为主,但洪季淤积幅度更大;波流耦合后,磨刀门河口呈洪淤枯冲的格局;（3）空间上,拦门沙外坡洪淤枯冲,拦门沙顶洪季淤积、枯季变化不大,内坡洪枯季均为冲刷。此外,拦门沙内坡以径潮流作用产生的底切应力为主,外坡以波浪作用引起的底切应力为主。     

非线性流函数在实验风浪场计算中的应用

风作用于水面产生风浪, 其中由于波流紊动产生的动量和能量的交换机制是一个很复杂的过程。风应力一般用来描述这种能量交换, 可以分为3个部分: 水面的剪切力、波生应力以及紊动应力。采用一种有效的非线性波流分离方法——NSFM(Nonlinear Stream Function Method)对波流运动的动量和能量输移进行定性描述。构造能够有效表达非线性波浪的解析流函数, 摄动求解使其满足拉普拉斯方程、动力边界条件和运动边界条件, 结合实验室风浪数据, 分离出波生速度场。通过交叉谱分析, 得到波生雷诺应力在不同风速下对风应力的贡献。结果表明: NSFM对不同工况条件下的风浪的处理具有较高的精度, 模型适应性良好; 且风速越大, 波生应力沿着水深衰减得越快, 且自由面波生应力在动量输移中的比重会逐渐减弱。     

水动力时空变化对近岸风浪演化的影响——以渤海湾西南岸为例

采用SWAN模型和ADCIRC模型建立了风浪、潮汐和水流联合作用的耦合数值模式,并通过渤海湾西南岸实测资料对该模式进行了验证。利用该模式分析了近岸区水位和流场时空变化对风浪模拟结果的影响,计算结果表明水位变化对近岸区风浪模拟结果有显著影响,特别是中等大风过程高潮位时波高受水位影响的变化幅值可达0.5m以上,且水深越浅影响越大。但在岸滩平缓的近岸海域由于流速、流向的时空变化不太剧烈,流场作用和波浪辐射应力作用对波浪场的影响都基本可以忽略。在模拟近岸风浪过程时,应选用耦合模式。     

波流共同作用下反斜桩局部冲刷特性试验研究

在波流环境中,反斜桩周围的涡流结构及波浪传播特性与垂直桩存在较大差异,进而影响到桩基局部冲刷进程。为了解波流共同作用下反斜桩局部冲刷特性,在波流水槽中针对不同倾角的反斜桩开展了局部冲刷试验,初步探究了局部冲深历时特性、影响因素及床面形态特征。研究结果表明：在清水冲刷条件下,反斜桩局部冲刷深度始终小于垂直桩;当桩身倾角增加时,平衡冲刷深度逐渐减小,相对时间尺度逐渐增大;冲刷坑宽度相对垂直桩更小,呈现“水滴状”形态,尾后沙丘呈现出更长的单峰“带状”结构,不规则性较为突出;局部冲深与弗劳德数之间存在着较高的相关性,但向上游倾角产生的波浪变形效应使得冲刷深度与流速比和Keulegan-Carpenter数的具体函数关系更难以确定。     

Tide simulation using the mild-slope equation with Coriolis force and bottom friction

Since the mild-slope equation was derived by Berkhoff (1972),the researchers considered various mechanism to simplify and improve the equation,which has been widely used for coastal wave field calculation.Recently,some scholars applied the mild-slope equation in simulating the tidal motion,which proves that the equation is capable to calculate the tide in actual terrain.But in their studies,they made a lot of simplifications,and did not consider the effects of Coriolis force and bottom friction on tidal wave.In this paper,the first-order linear mild-slope equations are deduced from Kirby mild-slope equation including wave and current interaction.Then,referring to the method of wave equations’ modification,the Coriolis force and bottom friction term are considered,and the effects of which have been performed with the radial sand ridges topography.Finally,the results show that the modified mild-slope equation can be used to simulate tidal motion,and the calculations agree well with the measurements,thus the applicability and validity of the mild-slope equation on tidal simulation are further proved.     

北半球E-P通量分析及其与副热带高压的关系

利用北半球1951－2000年冬季（1月）200hPa,500hPa的月平均资料，计算出E－P通量，并根据平均环流的E－P通量剖面图，研究了北半球冬季在大地形作用下，波动对基本气流的作用，以及波流相互作用下行星波的传播。北半球冬季平均E－P通量的辐合辐散与地形作用形成的大槽大脊相对应，其强度也与槽脊的强度相一致。另外，根据多年夏季（7月）的月平均高度场、风场及降水资料得到E－P通量和副热带高压的关系，进一步得到E－P通量与异常天气的关系。