Combined refraction and diffraction models for sea waves over complicated topography and with currents in shallow water

-Combined refraction and diffraction models in the form of linear parabolic approximation are derived through smallparameter method. More strictly theoretical basis and more accuracy in the models than Lozano's (1980) are obtained. Some theoretical defects in Liu's model (1985) with consideration of current are not only found but also eliminated. More strict and accurate models are, therefore, presented in this paper.The calculation results and analysis in applying the models to actual wave field with consideration of bottom friction will be given in the following paper.     

海浪波群的谱特征分析

海浪的波谱特征分析对认识海浪有重要的意义，因为海浪谱反映了海浪的结构成分。这对海工建筑、海洋运输、船舶制造、海浪预报和海浪模拟等均有重要的实用意义。 波群是伴随海浪经常出现的一种自然现象，且经常伴随大浪的出现而出现。实践证明，波群具有极大的破坏力，其破坏性远比单个波大得多，它是海浪破坏海工建筑物的重要因子，许多防波堤的破坏并非是由单个波的作用，而是由相继出现的几个大波(波群)作用的结果。早先，人们对波群这种习见的现象研究甚少。自1974年葡萄牙锡尼斯港深水防波堤的破坏之后，对波群的研究才日益受到重视。 对波群的研究目前多采用包络方法、马尔科夫链方法和波能过程线法。波群研究的主要内容是波群的统计特征(如波群链长统计)；另外，波群的模拟也是重要的研究内容之一。目前用包络方法研究波群比较普遍，且有不少研究成果。徐德伦等(2001)综述了这方面的研究进展及结果，文圣常等(1984)也进行了详尽的讨论。 以往的研究大都是研究波群的统计特征，如合田良实(1976)、 Ewing(1973)、Rye(1974)。而针对地域性的波浪，我国学者也只是以包络方法为基础讨论了不同地域海浪波群的统计特征(常德馥，1987；葛明达，1986；范顺庭，1998)。就波群本身的结构特征而言，即波群的波谱分析特征以往的研究涉及尚少。作者拟借助于谱分析方法，对带有典型波群的实测的海浪记录来分析海浪波群的波谱结构，进而借此对海浪波群的结构特征进行深入探讨。     

西太平洋暖池热盐结构盐度场变异的主模态

基于1950~2011年间的月平均温、盐度资料,以28℃等温线作为西太平洋暖池的定义标准,并取ΔT=-0.4℃,分别计算了暖池区(20°N~15°S,120°E~140°W)各格点混合层、障碍层和深层的平均盐度,构成了暖池热盐结构的盐度场.据此,运用EOF分解法分析了暖池热盐结构盐度距平场主要模态的变化特征及其与ENSO间的关系,并探讨了主要模态的年际变异机理.结果表明,暖池热盐结构盐度场第一模态揭示了盐度场变异的关键区位于暖池中部;该模态具有2~4a的年际变化和准10a的年代际变化,并在1977年前后经历了一次气候跃变(此外,深层盐度场第一模态还在1999年前后发生了一次气候跃变),且在跃变前后与不同类型的ENSO事件有较密切的联系.暖池中部混合层和障碍层盐度的变化比较一致,即在跃变前盐度为偏高期,而在跃变后则变为偏低期.暖池中部深层盐度在1977年以前和1999年之后皆处于偏高期,而在1978~1999年间则处于偏低期.而且,从混合层至深层,盐度的变化幅度逐渐变小.进一步分析表明,暖池中部混合层和障碍层盐度的年际变化主要是由纬向风、南赤道流(SEC)和降水共同引起的,即当东风增强(减弱)时,强(弱)SEC将携带更多(少)的高盐水进入混合层或潜沉至障碍层,同时局地降水的减少(增多),也使得混合层和障碍层的盐度增加(减少);深层盐度的年际变化主要是由SEC和赤道潜流(EUC)导致的,即当SEC增强(减弱)时,将有更多(少)的高盐水进入暖池,而当EUC增强(减弱)时则有更多(少)的低盐水流出暖池,从而使得暖池的深层盐度升高(降低).     

中国物理海洋学研究70年:发展历程、学术成就概览

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团,以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强,研究领域不断拓展,涌现了大量具有广泛影响力的研究成果,其中包括:提出了被国际广泛采用的“普遍风浪谱”和“涌浪谱”,发展了第三代海浪数值模式;提出了“准调和分析方法”和“潮汐潮流永久预报”等潮汐潮流的分析和预报方法;发现并命名了“棉兰老潜流”,揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等,系统描述了太平洋西边界流系;提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流);不断完善了中国近海陆架环流系统,在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流,以及陆架波方面均取得了深刻的认识;从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结;发展了浅海水团的研究方法,基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制,在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献;阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制,揭示了中尺度涡的三维结构,定量评估了其全球物质与能量输运能力;基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征,提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制;构建了“南海内波潜标观测网”,实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识;发展了湍流的剪切不稳定理论,提出了海流“边缘不稳定”的概念,开发了海洋湍流模式,提出了湍流混合参数化的新方法等;在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识,并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响;研发了全球浪–潮–流耦合模式,推出一系列海洋与气候模式;发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统;建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模 型实验平台;发展了ENSO预报的误差分析方法,建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系,揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应;初步建成了中国近海海洋观测网;持续开展南北极调查研究;建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统,为中国气象减灾提供保障;突破了国外的海洋技术封锁,研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器;建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型,为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示,经过70年的发展,中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍,这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军。     

A study of internal solitary waves observed on the continental shelf in the northwestern South China Sea

Based on in-situ time series data from the acoustic Doppler current profiler (ADCP) and thermistor chain in Wenchang area, a sequence of internal solitary wave (ISW) packets was observed in September 2005, propagating northwest on the continental shelf of the northwestern South China Sea (SCS). Corresponding to different stratification of the water column and tidal condition, both elevation and depression ISWs were observed at the same mooring location with amplitude of 35 m and 25 m respectively in different days. Regular arrival of the remarkable ISW packets at approximately the diurnal tidal period and the dominance of diurnal internal waves in the study area, strongly suggest that the main energy source of the waves is the diurnal tide. Notice that the wave packets were all riding on the troughs and shoulders of the internal tides, they were probably generated locally from the shelf break by the evolution of the internal tides due to nonlinear and dispersive effects.     

工程地质勘察钻机选型的几个问题

根据工程地质勘察工艺方法的特点，对现用的钻探设备进行性能对比，就钻机选型谈了几点看法。     

台湾以东黑潮的低频变化及机制研究

本文基于AVISO（Archiving, Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic data）1993-2015年间的海表面绝对动力高度数据,研究了台湾以东黑潮的低频变化特征,并探讨了影响其变化的机制。结果表明,台湾以东多年平均的黑潮流幅值约为136 km,表层流量值约为7.75×104 m2/s,对应的标准差分别为28 km和2.14×104 m2/s。台湾以东黑潮不仅具有显著的季节变化特征,还具有显著的年际变化特征。功率谱分析结果表明,台湾以东黑潮表层流量具有1 a和2.8 a的显著周期。空间上,台湾东南部黑潮的年际变化幅度比东北部强烈。相关性及合成分析结果表明,台湾以东黑潮的年际变化与PTO（Philippines-Taiwan Oscillation）之间存在显著的相关性。PTO年际震荡所导致的副热带逆流区反气旋式涡旋与气旋式涡旋的相对强度是影响台湾以东黑潮年际变化的主要动力因素。     

The effect of wave-induced radiation stress on storm surge during Typhoon Saomai (2006)

The effects of wave-induced radiation stress on storm surge were simulated during Typhoon Saomai using a wave-current coupled model based on ROMS (Regional Ocean Modeling System) ocean model and SWAN (Simulating Waves Nearshore) wave model.The results show that radiation stress can cause both set-up and set-down in the storm surge.Wave-induced set-up near the coast can be explained by decreasing significant wave heights as the waves propagate shoreward in an approximately uniform direction;wave-induced set-down far from the coast can be explained by the waves propagating in an approximately uniform direction with increasing significant wave heights.The shoreward radiation stress is the essential reason for the wave-induced set-up along the coast.The occurrence of set-down can be also explained by the divergence of the radiation stress.The maximum wave-induced set-up occurs on the right side of the Typhoon path,whereas the maximum wave induced set-down occurs on the left side.     

Backward Calculation Based on the Advection and Diffusion of Oil Spills on the Sea Surface

Advection and diffusion equation is an effective means of investigating the motional state of oil spills. Common study is based on the known initial and boundary conditions to calculate the equation onwards. Unlike previous works, in this paper we focus on backward calculating advection and diffusion equation, namely, starting computation from the moment when the oil spill is found back to the moment when the incident occurs. Through such a simulation, we hope to trace the track of oil spills …     

波浪、潮流和风暴潮耦合模式及悬沙输移规律的研究

近年来，由于河口、海岸地区的泥沙运动与港口、航道以及海岸的冲淤有着直接的关系，对一些海岸建筑物比如防波堤、护岸工程等造成一定的威胁，甚至于使其完全丧失使用价值，造成巨大的损失。为此人们越来越重视对这一问题的研究。本文为估计岸滩的冲淤变化和了解岸滩的演变规律，对影响泥沙运动的海洋动力要素进行了研究。 为研究悬沙的输移规律，建立了一个由两部分组成的二维悬沙模型系统：①水动力模式。建立了一个综合多因素的二维波浪、潮汐和风暴潮耦合模式，以此来研究波、潮、风暴潮间的相互作用，并为泥沙计算提供流速场。②二维悬沙模式。运用得出的流场来研究悬沙的输移扩散规律。其中所采用的波浪模式是将流对波浪场的影响同时加以考虑的耦合数学模型，将流速加入波能方程，并考虑由于水面的升降而产生的不定常水深对波浪场的影响，再将波浪场对流场的影响通过辐射应力、考虑波浪影响的底应力以及依赖波龄的表面风应力耦合到流场中，从而建立了一个综合多种因素的波浪、潮汐、风暴潮联合作用下的二维悬沙模型系统。并在此模型系统的基础上，对黄河口泥沙的输移问题作了探讨，为今后的防堤、护岸工程提供依据。