黄海西部海洋湍流的季节变化特征分析

在2006—2007年开展的"中国近海海洋综合调查与评价"项目中,作者利用自由下降湍流剖面仪MSS60在南黄海海区分别进行了夏、冬、秋季三个航次的微尺度湍流观测,并计算分析了该海区的湍动能耗散系数ε,湍扩散系数κ等。通过与温度、流速分布图对比,结果表明三个季节的湍流混合趋势大体一致。在沿岸浅水区,混合作用比较强烈。而深水区湍流混合的垂直分布明显地表现出三层结构,混合较强的上混合层和底混合层,及相对较弱的中层。风混合和潮混合是黄海湍流混合的主要形式。风的影响主要表现在海洋上层,潮流的影响则表现于底层。     

平衡悬沙剖面的新指数公式

基于扩散理论,分析了国内外主要平衡悬沙剖面公式自由面边界条件内在的不合理性及其原因,并结合常数型和线性型悬沙扩散系数的分布特征,应用几何平均法建立了平方根型的悬沙扩散系数表达式,推得了平衡悬沙剖面的新指数公式。通过收集、整理与分析大量水槽与河流实测悬沙资料,对提出的悬沙扩散系数和平衡悬沙剖面公式与van Rijn公式、张红武公式进行了分析比较。研究结果表明,新指数公式不仅对平衡悬沙剖面的刻画精度较高,而且具有表达式特别简洁、床面含沙量为有限定值和可直接解析积分的特点,既利于理论分析,又便于工程应用。     

海洋内波的控制方程组

从海水质量守恒律、盐量守恒律、动量守恒律、熵变化律和海水状态律出发，给出了低频变密度海洋运动的原始控制方程和它的各类实用形式。在推导的过程中着重明确控制方程各种近似形式的数学物理意义，这使我们在使用这些方程时更严格、更准确。     

中层和热层大气的湍流结构

本文首先讨论了中层和热层大气湍流谱区的划分,发现对于同样尺度的湍流,在不同高度对应的谱区是不同的。随着高度的增加,愈向耗散区一端移动。其次,从理论上讨论和计算了不同高度的湍谱分布。最后,导出了湍流扩散系数的公式。湍流扩散对于高层大气成份的垂直分布有很大的影响。观测结果表明,并不是所有尺度的湍流对高层大气成份的垂直分布都发生影响,而是具有某一尺度的小尺度湍流起主要作用。我们引出了一个有效湍流尺度的概念,并从理论上计算了湍流扩散系数随高度的分布。结果与观测的氩和氦随高度的分布反推出来的湍流扩散系数相符合,同时也与ALADDN 1试验测量的结果相符合。     

中层和热层大气的湍流结构

本文首先讨论了中层和热层大气湍流谱区的划分,发现对于同样尺度的湍流,在不同高度对应的谱区是不同的。随着高度的增加,愈向耗散区一端移动。其次,从理论上讨论和计算了不同高度的湍谱分布。最后,导出了湍流扩散系数的公式。湍流扩散对于高层大气成份的垂直分布有很大的影响。观测结果表明,并不是所有尺度的湍流对高层大气成份的垂直分布都发生影响,而是具有某一尺度的小尺度湍流起主要作用。我们引出了一个有效湍流尺度的概念,并从理论上计算了湍流扩散系数随高度的分布。结果与观测的氩和氦随高度的分布反推出来的湍流扩散系数相符合,同时也与ALADDN 1试验测量的结果相符合。     

多尺度多孔介质有效气体输运参数的分形特征

非常规油气资源的孔隙结构及其连通性非常复杂,其孔隙尺度从毫米到纳米跨越多个量级.多孔介质中气体的输运过程不仅依赖于介质的多尺度微观结构特征,还依赖于气体的相关属性.气体在多尺度多孔介质中的输运过程包括无滑流、滑脱流和过渡流,涉及分子扩散和努森扩散等多种机制,因此很难用唯一的连续介质理论来描述气体的输运特征.大量的数据表明真实多孔介质中的内部孔隙具有分形标度特征,因此采用分形几何表征多尺度多孔介质的孔隙结构,引入孔隙分形维数和迂曲度分形维数定量表征多孔介质的微结构和弯曲流道,建立多尺度多孔介质气体输运过程的细观模型;推导了多尺度多孔介质中气体的有效渗透率和有效扩散系数,并讨论了多尺度多孔介质微结构参数和气体属性对于气体等效输运特性的定量影响.该研究不仅可以丰富渗流理论,且有利于深入理解非常规油气藏的产出机制.      

2012年夏季海南岛东岸上升流区的混合观测

The turbulent mixing in the upwelling region east of Hainan Island in the South China Sea is analyzed based on in situ microstructure observations made in July 2012. During the observation, strong upwelling appears in the coastal waters, which are 3℃ cooler than the offshore waters and have a salinity 1.0 greater than that of the offshore waters. The magnitude of the dissipation rate of turbulent kinetic energy ε in the upwelling region is O(10–9 W/kg), which is comparable to the general oceanic dissipation. The inferred eddy diffusivity K_ρ is O(10–6 m~2/s), which is one order of magnitude lower than that in the open ocean. The values are elevated to K_ρ≈O(10–4 m~2/s) near the boundaries. Weak mixing in the upwelling region is consistent with weak instability as a result of moderate shears versus strong stratifications by the joint influence of surface heating and upwelling of cold water.The validity of two fine-scale structure mixing parameterization models are tested by comparison with the observed dissipation rates. The results indicate that the model developed by Mac Kinnon and Gregg in 2003 provides relatively better estimates with magnitudes close to the observations. Mixing parameterization models need to be further improved in the coastal upwelling region.     

岩浆房持续的时间:矿物内元素扩散年代学研究进展及展望

岩浆房持续的时间尺度对认识岩浆房的稳定性、评估活动火山的活跃程度具有重要意义。扩散计时法将具有元素浓度梯度的矿物作为计时器,由于矿物中的元素扩散再平衡过程符合菲克第二定律,与时间有关,从而可以限定岩浆作用过程的时间尺度,进而指示岩浆房持续的时间。该方法目前已广泛应用于不同火山岩矿物,如橄榄石和辉石Fe-Mg元素扩散、斜长石Mg元素扩散、石英Ti元素扩散以及锆石Li元素扩散等,可以记录持续仅数小时至几百万年的岩浆过程。未来,随着原位分析测试技术的不断发展、与岩浆作用有关的扩散系数的可用性和精度的增加、扩散模型的完善将极大地推动矿物内元素扩散年代学的发展。     

粘土衬垫中渗透系数与扩散系数的关系

扩散系数和渗透系数是设计与评价垃圾填埋场衬垫等环境工程研究时需要确定的重要参数。通过分析粘土衬垫材料中渗透系数和扩散系数的物理意义和确定方法,在土多孔介质微观结构分析的基础上得到渗透系数和扩散系数的关系表达式,并基于蒙脱石层间Poiseuille定律得到膨润土有效扩散系数的计算公式。验证表明,在一定精度范围内文中表达式是有效的。得出的渗透系数和扩散系数的关系表达式,对于根据已有渗透系数的研究成果来预测和分析扩散系数是有意义的。     

扩散系数和源函数的同时反演

本文讨论了线性扩散方程：Ｕｔ（ｘ，ｔ）＝ａ（ｔ）Ｕｘｘ（ｘ，ｔ）＋ｆ（ｔ）ｇ（ｘ）在区域０≤ｘ≤１，０≤ｔ＜Ｔ上确定未知国数组｛ｕ（ｘ，ｔ），ａ（ｔ），ｆ（ｔ）｝的反问题，证明了反问题解的存在性和唯一性。