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.     

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     

近岸区域波流耦合作用的数学模型

本文提出了一个讨论近岸波浪和波生流耦合作用的二维数学模型。在波浪场中运用波数矢量无旋和波作用量守恒方程求解波浪在波生流作用下的折射、绕射变形,以辐射应力作为波生流场的驱动力,考虑地转柯氏力和海底底摩擦的作用。文中采用Dingemans（1987）的地形对波流耦合作用进行了分析。数值计算结果表明波流耦合作用对近岸波浪场和波生流场的影响比较显著,在工程实际上应当综合考虑波流耦合问题。     

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.     

波流作用下悬浮隧道运动响应纵向截断模型试验研究

利用波流水槽构建悬浮隧道纵向截断模型试验,分析了水流及波浪作用对悬浮隧道运动响应的影响,获得了管体结构的垂向及横向运动响应特性。研究结果表明:水流流速较小时,模型振幅随约化流速Vr增大而增大,而在约化流速为5.8附近,管体振幅达到最大并在这一临界值之后形成较为稳定的振幅值,产生明显的结构共振和涡激振动“锁定”现象。振幅稳定后垂向幅值约为管径的2倍,横向幅值与管径相当。对于波浪单独作用,在波浪较弱时,横向幅值与垂向几乎相等,随着特征KC_n数的增大,响应振幅先增后减。在特征KC_n数小于0.51范围内,垂向振幅大于横向振幅,其余范围则相反。垂向振幅和横向振幅分别在特征KC_n数为0.42和0.55时达到峰值,且两个方向的最大振幅值均与管体的管径相当。相对响应频率随着特征KC_n数的增大而减少,且垂向大于横向。     

2010 年智利和2011 年日本地震海啸在我国东南沿岸诱导的波流特征及危险性分析

本文基于有限断层模型和OKADA 位错模型计算海表变形场作为初始条件,利用MOST 海啸数值模型模拟分析了2010年智利和2011 年日本地震海啸在我国东南沿海地区的海啸传播特征,海啸波模拟结果与观测数据吻合较好。重点研究分析了沈家门港口海域的海啸波流特征及其诱导的涡旋结构。研究结果表明：尽管两次事件的海啸源位置及破裂特征完全不同,但海啸波流在我国东南沿岸的分布特征大致相似;另外相对于海啸波幅而言,港湾中海啸流具有更强的空间差异性,港口入口、岬角地形处和岛屿间水道中往往会有强流存在。尽管这两次越洋海啸均未能在我国东南沿海引发淹没情形,但通过数值计算发现局部均存在超过3 m/s 以上的强流,因此进行海啸预警及风险管理时应综合考虑海啸波流的影响。     

波、流及其共同作用下桩墩局部冲刷问题试验研究现状

要研究波流共同作用下桩墩的基础冲刷问题,首先需要了解水流和波浪单独作用下桩墩冲刷的机理和特征。针对波、流及其共同作用下桩墩的局部冲刷问题,从流速、水深、桩径、波长、波高、相对底层流速、粒径和粒径级配等方面系统地简述了恒定流、波浪和波流作用下桩、墩局部冲刷的研究进展。根据实验资料比较了各家经典计算公式的计算结果发现我国规范65-1式计算值偏大,65-2式计算值偏小等结论。桩墩局部冲刷是一个复杂的过程,今后可以针对淤泥质海岸底床、粉沙质海岸底床、复杂桩群结构、物理模型比尺效应、非恒定水动力条件、复杂基础形式方面对波流作用下基础冲刷的最大冲刷深度、冲刷过程、冲刷范围进行研究,以弥补桩墩局部冲刷在这些方面的不足。     

波浪对风暴潮影响的数值研究

联合第三代浅水海浪模式SWAN和三维海流模式POM,建立考虑海浪影响的三维风暴潮模式,利用该模式,在渤黄海区域,对温带气旋830315诱发的风暴潮进行数值模拟,从海表风应力、辐射应力、底应力三方面入手,对海浪对风暴潮的影响进行了数值研究.研究表明:海浪通过风应力对风暴潮水位的影响最为显著,而波致辐射应力与依赖波流相互作用的底应力的影响只在渤海和北黄海相对明显;考虑海浪影响的风暴潮水住过程曲线模拟结果,比不考虑海浪影响的纯风暴潮模拟结果与实测水位曲线吻合的更好,尤其是在减水极值处,其相对误差不超过5.57%.     

深水铰接塔平台动力响应分析

将深水铰接塔平台顶部工作单元简化为集中质量,塔柱和浮力仓简化为均匀直杆,建立了铰接塔平台运动分析模型。考虑海流和波浪对平台的作用,应用Morison公式计算铰接塔平台瞬时位置所受水动力,依据拉格朗日原理建立了铰接塔平台的强非线性时变系数两自由度运动控制方程。文中工作为深水铰接塔平台动力响应分析奠定了基础。     

半半球冬季行星波的传播及其输运作用

利用变换欧拉平均方程讨论了行星波动力学，观测和模拟结果都表明，在北半球冬季准定常行星波的经向传播存在两支波导。一支为高纬度波导，另一支则为低纬度波导。这些结果与理论分析相当一致。通过对EP通量进一步的研究表明，平流层爆发性增温是沿高纬度波导传播的异常行星波与平均气流相互作用的结果。而热带风场的准两年周期振荡（QBO）是低纬度平流层下层大气纬向平均流的一个重要年际变化，它可以影响行星波沿低纬度波导的传播；此外，由一个行星波－平均流耦合模式模拟的结果表明，这个热带风场的变化还可以通过波流相互作用调制行星波沿高纬度波导的传播。行星波对臭氧的输运作用在中也进行了分析，行星波强迫出的剩余平均环流表明，耗散的行星波有强的输运作用；向北的涡动热量输送可以强迫出一个正的输运环流，其在低纬度上升并在高纬度下沉。同时研究还表明，热带风场的QBO对行星波传播的调制对输运环流也有重要影响，模式结果表明，在QBO的东风位相期间行星波引起的输运作用明显增强，其结果可用于解释平流层高纬度臭氧的年际变化。