平流层爆发性增温期间行星波的活动

利用逐日的NCEP再分析资料分析了1978～2004年期间发生的18次强爆发性增温时平流层中下层行星波1波和2波的异常以及极涡崩溃的形式.分析表明, 爆发性增温前期1波都异常增幅, 波振幅达到峰值之后的一段时间内发生爆发性增温, 然而在增温过程中行星波2波的变化却有明显不同, 可分为三种情况: (1) 在增温前期, 行星波2波很弱; 在增温期间, 行星波2波异常发展, 伴随着极涡崩溃的形式是由偏心型向偶极型过渡. (2) 在增温前期, 行星波2波较强; 在增温期间, 行星波2波明显减弱, 极涡的变化形式是远离极地, 在极地外围活动, 但不发生分裂.(3) 在增温前期, 行星波2波不太强; 在增温期间, 行星波2波有所发展, 但始终强不过1波, 极涡的变化是先偏离极地, 然后发生不对称的变形.作者还计算和分析了EP通量及其散度, 利用波流相互作用理论对这三种行星波的异常变化及其与爆发性增温的关系进行解释.     

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。     

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。     

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。     

基于非结构网格的波流耦合数值模式研究

本文采用ADCIRC模型和SWAN模型, 建立了一个基于非结构化网格的波流耦合数值模式, 风浪计算和潮汐风暴潮计算均采用同一套三角网格, 对复杂岸线和建筑物布置均有较好的描述, 且避免了模型插值, 提高了计算效率和精度。利用该模型对渤海湾西南海域几次强风过程中的风浪和潮汐风暴潮进行了研究, 通过实测资料对该模型进行了验证, 结果表明该模式具有较高的精度, 能较好地描述风浪、潮汐风暴潮的传播演变及其相互作用, 可应用于风浪与潮汐风暴潮的模拟计算。     

北半球平流层极涡崩溃过程的动力诊断分析

极地气候变化研究, 特别是极地在气候变化中作用的研究, 现在已经成为国际重要的研究领域, 是2007~2008年开展的“国际气候年”的核心研究问题. 针对以前研究中北半球平流层极涡崩溃时间的分歧, 首先确定了北半球平流层极涡在春季的崩溃时间, 并分析了在平流层极涡崩溃过程中的环流演变和波动活动特征. 分析表明北半球平流层极涡的平均崩溃时间为4月10日左右, 极涡崩溃时间的年际变化比较大, 最早和最晚的崩溃时间跨度达到两个月. 长期趋势表明20世纪90年代以来极涡持续时间增长. 对极涡崩溃异常早年和异常晚年的合成分析显示极涡崩溃过程在早晚年有不同的特征. 极涡崩溃早年, 平流层极涡在3月中旬只有一次快速的衰减过程, 这次过程主要与对流层上传的行星尺度波动异常有关; 而极涡崩溃异常晚年一般有两次衰减过程, 第一次衰减为一次快速过程, 对应有异常的波动活动, 和平流层的爆发性增温有关. 第二次过程则是一次慢过程, 此次过程不伴随异常的波动活动, 主要是非绝热过程起作用. 进一步对极涡崩溃异常早晚年大气低层环流异常的研究表明, 极涡崩溃早晚年低层温度场和位势高度场的异常上有明显不同, 这表明平流层极涡的崩溃伴随有上下层的动力耦合过程.     

港珠澳大桥青州航道桥桥墩基础冲刷试验研究

桥墩基础冲刷是桥梁毁坏的重要因素,是桥梁基础设计的关键指标之一。目前国内外对于桥墩基础在复杂动力条件下冲刷深度的研究常采用物理模型试验方法,利用正态系列模型方法,在波流水槽中研究了水流、潮流和波流共同作用下青州航道桥索塔基础周围流态变化和局部冲刷特征。研究结果表明,桥墩最大冲刷深度和冲淤范围与水流流速、桥墩轴线与水流夹角和波浪等因素有关;在潮流最大流速和恒定流流速一致情况下,桥墩局部冲刷深度达到平衡后,将会达到与恒定流基本一致的最大冲深;波流共同作用下的最大冲刷深度比恒定流增加10%左右。设计桥墩形状在100年一遇水流和波浪共同作用下桥墩基础局部最大冲刷深度为13.7 m。     

海温异常对西太平洋副热带高压脊面演变影响的机制研究

根据欧洲中期数值预报中心提供的大气环流资料和NOAA提供的海温资料, 应用改进的低阶谱模式方法研究了海温异常对西太平洋副热带高压脊面演变影响的物理机制. 结果表明, 在El Niño型海温强迫下, 大气环流内部动力过程中的大尺度波波和波流相互作用较弱. 随着外部热源强迫从冬季型向夏季型推进, 西太平洋副热带高压脊面北进不明显, 使得夏季西太平洋副热带高压脊面相对偏南. 在La Niña型海温强迫下, 大气环流内部动力过程中的大尺度波波和波流相互作用明显. 随着外源强迫从冬季型向夏季型转变, 西太平洋副热带高压脊面将随之向北移动19个纬度左右, 使得夏季西太平洋副热带高压脊面偏北; 且北移到达一定纬度后, 西太平洋副热带高压脊面表现出较为显著的30~60 d季节内南北振荡, 振幅在4°~7°之间.不同海温异常型所导致的大气内部动力过程差异是造成西太平洋副热带高压脊面年际变化的重要原因之一.     

波流共存场中全水深水流流速分布

在波流共存场中，沿水深可分为波浪边界层，对数层和外层，不同流层内的流速分布规律不同。泥沙运动主要发生在波浪边界层和对数层内，而波要素的变化则直接受外层的流速分布规律影响。在以往的研究中，内，外层的流速分布规律都是分别求解的，并没有提出可适用于全水深的流速分布模式。本文直接从Ｎ－Ｓ方程出发，引入相应的紊流模式，封闭波流共存场的流动分布模式，本文直接从Ｎ－Ｓ方程出发，引入相应的紊流模式，封闭波流共存场     

波浪及波流边界层泥沙起动规律

基于波浪边界层理论及单向流泥沙起动Shields曲线,推证出波浪泥沙起动Shields曲线;基于波流边界层理论,提出表述波流边界层动力特征的波流比因子X及非线性作用因子Y,并建立了Y与X的相关关系;在此基础之上,结合单向流及波浪泥沙起动Shields曲线,推证出波流共同作用下泥沙起动Shields曲线。结果表明:波浪泥沙起动Shields曲线在层流区与单向流光滑紊流区曲线保持一致,粗糙紊流区与单向流粗糙紊流区曲线保持一致,过渡区线型为折线,由层流区及粗糙紊流区曲线延长交汇获得;X及Y能够合理地表征波流边界层动力对比特征及非线性作用特征;波流泥沙起动Shields曲线介于波浪及单向流泥沙起动Shields曲线之间,随着波流比因子X的不同,依据非线性作用因子Y,自动在波浪及单向流泥沙起动Shields曲线之间非线性过渡。建立的波流泥沙起动Shields曲线与试验结果吻合较好,且能够概括单向流、波浪及波流等不同动力及细沙、粗沙等不同粒径的泥沙起动条件。