分层流风波水槽中基于线阵CCD水面影像反演内孤立波的实验研究

在大型重力式分层流风波水槽系统中,利用风生波原理模拟水面随机小尺度波场,采用重力塌陷方式产生大振幅孤立子内波,通过线阵CCD影像记录其传播过程中引起的水面小尺度波结构变化,分析孤立子内波对水面短重力波及毛细(重力)波的影响规律,建立线阵CCD图像灰度特征与内波要素特征的关系,进而由水面波场变化反演出水下孤立子内波的特征结构.实验结果证实了本文方法的有效性,也为实际利用海面粗糙度及海水层化特性遥感海水内部动力学研究提供了新的途径.     

海洋内波的红外成像探测研究进展

海洋内波对海表温度的调制机理研究最早始于20世纪60年代,之后随着遥感技术的进步和红外传感器精度的提高,海洋内波的红外遥感实验也大大增多。本文主要从理论研究和实验观测两方面介绍了国内外学者关于海洋内波的红外遥感探测机理研究的主要工作。     

2008年台风森拉克引起上层海水降温的机制

采用区域海洋模型(regional ocean modeling system,ROMS)模拟了2008-2009年西太平洋的水动力过程,重点关注台湾东侧台风影响的海域,研究2008年13号强台风森拉克引起的上层海水降温机制.通过对模拟结果的分析,认为30m以上海水的降温主要是扩散作用即夹卷效应造成,而30m以下海水的降温主要由垂向对流即上升流造成.海水从下层50～800m的深度处辐聚上升,在表层50m以浅辐散流出.台风过后海水温度逐渐恢复.研究认为:台风会加强海水的垂向湍流/混合,导致最大Ekman泵吸水深下探,使得下层的低温海水更有可能到达表层.     

大气中非线性的惯性重力内波

本文从P坐标系的非线性大气动力学方程组出发,导出惯性重力内波满足非线性的KdV方程。它的解为椭圆余弦波和孤立波,并讨论了惯性重力内椭园余弦波和孤立波的动力学主要特征。对有限振幅的惯性重力内波,建立了包含波的振幅因子非线性惯性重力内波的色散关系,它的特殊情况即是通常线性的惯性重力内波的色散关系。     

基于谐波理论的海洋内波特征分析

基于谐波理论分析海洋内波在不同模态下的特征参量诊断方法,得出背景场求取方法—平均法。利用实测内波数据进行实验分析,得出不同模态内波温度振幅和周期的特性,得到的诊断量与内波特征相符。     

孤立子内波存在下的声传播仿真研究

孤立子内波会对声传播产生巨大的影响,基于有限元方法利用COMSOL软件对孤立子内波影响下的声学问题进行求解,仿真研究.首先建立了孤立子内波模型,通过仿真分析了孤立子内波对声场的影响.结果显示,孤立子内波会影响声线的传播轨迹和传播损失,可使声场能量分布更均匀.孤立子内波还会对声矢量场产生影响,使水平质点振速传播损失减小,使垂向质点振速略微增加.     

基于柱Kadomtsev-Petviashvili模型的海洋内孤立波非线性相互作用传播特征仿真模拟研究

在考虑到海洋内波的二维效应时,含有横向微扰的二维模型可以较好地模拟海洋内波的传播,因此为更好地描述海洋内波这一复杂非线性现象的传播特性,利用二维柱Kadomtsev-Petviashvili模型研究了海洋内波非线性相互作用的传播特征。首先,利用解析法获得该二维模型的双抛物线型孤子解,同时模拟研究了南海东沙群岛的海洋内波的弹性碰撞及随时间变化的传播特性;其次,基于不同的海域背景参数分析研究了上升型和下降型抛物线海洋内波弹性碰撞引起的海洋表层流速的变化。经比较分析,本文模拟结果与已有的遥感卫星图像较一致,因此可为进一步深入研究海洋内波的传播特性、动力学机制解及内波参数反演等提供一定的借鉴。     

大洋细结构的一种可能的机制：Ⅲ.对混合过程动能耗散的估计

继第Ⅱ部分之后研究了惯性内波和近性内波由ｆ的作用所致的剪切不稳定引起的破碎机制。物理上,该机制很象存在由风应力所致薄表面涡旋漂流层时表面波的破碎与饱和过程。惯性内近性内波的破碎产物与小尺度湍流一起混合块,它与Ｇｒｅｇｇ等人（１９８６）的持久混合观测结果表明,在剪切不稳定中 内波在湍动散中起了关键作用,而惯性内波引起非常弱的湍动耗散。使用内波能量谱的标准总能量密谋估计出的近惯性内波相产的湍动耗散。使     

内孤立波与潜艇相互作用的水动力学特性

为了研究海洋内孤立波与潜艇的相互作用,采用有限体积自适应半结构多重网格法求解Navier-Stokes方程,应用双推板造波法模拟内孤立波数值水槽,并将潜艇SUBOFF模型放置于数值水槽中,研究航行的潜艇在海洋中遭遇内孤立波时的流场形态和受力载荷特性。研究结果表明:潜艇在穿越孤立波时在垂向和水平方向的受力都会在短时间内发生巨变,力矩的突变也有可能使潜艇发生倾覆,同时还可能会产生强大的冲击载荷而导致其破损。     

基于多卫星和Argo浮标观测海洋上层对台风婷婷的响应

利用多卫星平台和Argo浮标观测资料,分析研究了2004年台风婷婷(Tingting)引起海洋上层温盐结构和叶绿素a浓度的时空变化特征.结果发现,台风婷婷过境时沿着其路径诱发强烈的上升流,混合层内海水混合加剧,冷涡加强,出现了大范围的海表温度降低和叶绿素a增加现象.台风前的冷涡区域,出现大面积的"冷斑"和"藻华带",且维持时间更长;而在台风前的暖涡区域内,则生物物理响应不明显.因此,先前的海洋环境对于台风引起的上层生物物理响应具有重要意义.     

近水面潜航体的长径比对海表尾迹的时频域影响

为探究潜艇长径比对海表尾迹特征的影响,构建与实艇尺寸相当且长径比各不相同的主艇体模型,采用计算流体力学(CFD)方法模拟其近水面匀速潜行时产生的兴波尾迹,并对时域空间尾迹信号进行二维快速傅里叶变换(2D-FFT),获取尾迹信号的功率谱密度(PSD)分布图．同时考虑实际海水密度稳定层化背景,结合分层流内波的模态分析理论,有效分离海表尾迹的内波成分．研究表明：当近水面航行时,分层效应影响较小,产生的尾迹波谱密度值约占海表尾迹波系的1%,而尾迹波系的首、尾横波能否发生有利干扰相较于艇体排水量的差异对自由面兴波尾迹的时域和频域特征影响更大;当首尾兴波均发生有利干扰时,长径比较小的艇型海表尾迹的高频波成分占比相对较小,在排水量增大的同时,仍具有较好的尾迹隐身性能．     

分层流体中细长体生成内波的试验研究

在密度连续分布的3层流体中,对细长体运动生成的内波问题进行了模型试验研究.采用多通道电导率阵,测量分析了拖曳模型产生内波的相关速度、垂向位移场及其波形结构.结果表明,拖曳模型产生的内波可以分为两类:一类是由定常源激发的Lee波;另一类是由非定常源激发的尾迹波,而且Lee波转换为尾迹波的临界内Fr=4.     

南海东沙环礁附近第二模态内孤立波生成过程的数值模拟

为了研究东沙环礁附近海域第二模态内孤立波的生成机制,基于非静压海洋模型SUNTANS,在南海实际地形条件下建立了南海东北部内孤立波三维数值模型,对该海域内孤立波的传播演变进行了数值模拟.模型模拟出了第二模态内孤立波,其垂向呈三层结构,即上层水体与下层水体水平向流速相同,并与中间层相反.第二模态内孤立波波速模拟值与理论计算值吻合较好.根据模拟结果,分析了东沙环礁附近海域第二模态内孤立波的生成过程,结果表明,该海域第二模态内孤立波源于从吕宋海峡附近海域传播而来的第一模态内孤立波和底部地形的相互作用,并与陆坡上部内潮的影响有关.     

二层海洋中波浪对透空双圆柱的绕射作用分析

结构表面布孔可以减弱波浪载荷,而海水的层化将导致表面波和内波的二重绕射作用机制。对此,本文分析并计算了在二层海洋条件下大直径透空双圆柱的水波绕射作用,并分别与均匀海中透空和非透空双柱的相应结果加以比较。计算结果表明,在层化海洋中结构物的透孔性对减弱波浪力有一定影响,密度比变化对内波波浪力影响显著。     

海洋内波破碎及其能量耗散的研究进展

海洋内波是海洋中普遍存在的波动形式。它的不稳定和破碎会对海洋能量的再分配产生本质的影响,直接将能量从大尺度向小尺度过程传递,产生湍流混合。内波破碎产生的湍流混合又会显著地影响海洋环境。该文就近十五年来对内波的破碎机制以及内波破碎导致的能量耗散研究作一简要综述。     

内波孤立子的非波导荷载计算

为全面分析不同形态内波的危害,将孤立子视为非波导内波的一种情况,以70 m水深浅海Holmboe密度分层和5 m直立圆柱为例,应用内波垂向结构Sturm-Liouville控制方程的模态分析方法计算了不同模态下的孤立子内波荷载．结果表明,孤立子内波具有阵发性和与模态相关的剪切,其荷载较波导内波的情况大一个量级,是形成内波危害的主要形式．     

海洋内孤立波中张力腿平台的水动力特性

基于内孤立波mKdV理论,采用时域有限位移运动方程,结合改进的Morison公式研究了两层流体中内孤立波与张力腿平台(TLP)的相互作用,针对东沙群岛南部海域附近某实测内孤立波特征参数,计算并分析了国际船舶结构力学会议提供的张力腿平台(ISSC-TLP)的内孤立波冲击载荷与运动响应,以及张力腿的张力变化特性.结果表明,内孤立波将对张力腿平台产生突发性的冲击载荷以及大幅度水平漂移运动,并使得张力腿的张力显著增大.     

1994年前汛期广东区域水汽输送分析

分析了１９９４年前汛期广东区域大气水汽与水汽输送,指出了这段时期水汽含量和水汽输送特征,水汽通量散度时空分布及变化,水汽突变（主要由高空湿层增厚引起）与夏季风建立和“９４６”暴雨的发生的关系．观测研究表明,在暴雨期,在时间尺度上水汽散合是短周期的,在垂直方向上有多个水汽无辐散层．     

孤立波对直立防波堤波浪渗流作用的解析计算

浅水波浪在一定条件下可能以孤立波形态与近岸海工设施产生相互作用。该文基于水波反射理论和波浪渗流的Biot固结理论,应用特征函数法,推导了孤立波作用下直立防波堤的反射波速度势和波浪引起的海床内渗流压力分布的解析表达式,并据此计算了作用于直立防波堤底部的由孤立波渗流压力所致浮托力和倾覆力矩。计算结果表明海况与海床条件以及防波堤几何条件等因素的变化对孤立波引起的渗流浮托力和倾覆力矩均有一定影响。在一定条件下,对防波堤的孤立波渗流作用与孤立波直接作用量级相近。与微幅波理论相比,孤立波理论有效反映了浅水波非线性特征的影响。     

太阳能直热式海水淡化系统热经济孤立化研究

 为了提高直热式太阳能海水淡化系统的设计与操作,运用热经济孤立化方法,对直热式太阳能海水淡化系统进行分析,获得了系统最优化操作参数。同时讨论了设备使用年限、最高海水温度、进料海水单价对年度化费用的影响。结果表明：当拉格朗日乘子分别为￥4.85/kJ、￥0.59/kJ、￥0.40/kJ、￥0.19/kJ时,系统实现热经济孤立化。此时,闪蒸温度为58.6 ℃,蒸发温度为35 ℃时,年度化费用为￥4 332.81/a。年度化费用随设备使用年限的增加而减小,随最高海水温度的升高而降低,随进料海水单价的升高而增加。