渤海湾西南海域潮汐风暴潮数值模拟

基于有限元方法,采用三角形网格,建立了一个高分辨率的潮汐风暴潮数学模型,该模型对复杂岸线和建筑物布置有较好的描述．通过实测资料对该模型进行了验证,验证结果表明该模型能很好地应用于潮汐风暴潮数值模拟．利用该模型对渤海湾西南海域几次潮汐风暴潮过程进行了研究,研究结果表明,持久的偏东大风是该海域风暴潮发展、演变的重要因素,大风引起的增水和风吹流是该海域泥沙输运的主要动力因素．     

渤海风暴潮过程的数值模拟研究

基于三维近海海洋模式——FVCOM(the finite volume coastal ocean model)海洋动力学模型,利用中尺度气象预报资料WRF(the weather research forecasting model)风场数据和网格嵌套方法,通过潮汐和风场共同驱动,建立了渤海风暴潮模型.对1997年8月的Winnie台风风暴潮进行数值模拟,研究了渤海风暴潮增减水及流场的时空变化特征.研究表明,渤海沿岸增水幅度较大,水位变化明显,潮流运动发生较大改变.利用模拟结果,研究了岸线变化对渤海湾风暴潮增水的影响.岸线变化后,曹妃甸港、天津港和黄骅港海域,风暴潮增水有不同程度的增加,渤海湾风暴潮灾害强度有增加的趋势.     

海平面上升对渤海风暴潮增水的影响——以“0310”寒潮风暴潮为例

基于非结构有限体积近岸海洋动力学模型(Finite Volume Costal Ocean Model,FVCOM),利用潮汐和风场强迫,建立渤海风暴潮模型,研究海平面变化对渤海风暴潮增水的影响。基于联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panelon Climate Change,IPCC)第5次报告数据,在代表性浓度路径(representative concentration pathways,RCP)4.5情景下,模拟预测了在2030年、2050年和2100年海平面上升后,渤海寒潮风暴潮增水的空间分布。结果显示,海平面上升导致渤海近岸风暴潮极值增水有减少的趋势,渤海湾近岸典型站位风暴潮增水出现不同程度减少,其中2030年风暴潮增水将减少5%左右,到2050年风暴潮增水减少5%～8%,2100年风暴潮增水将减少10%～20%。主要原因是由于海平面上升改变了潮波的运动,使渤海潮汐高潮位上升,另外渤海风暴潮的浅水效应明显,海平面上升使水深相对增加,导致渤海近岸风暴潮增水的减少。但由于海平面上升后渤海风暴潮极值增水的减少量较小,因此海平面上升对渤海风暴潮过程的影响有限。     

海洋动力要素耦合作用对悬浮物质输移的影响

利用近岸海洋动力要素耦合作用的数学模型提供的水动力条件,对悬浮物质输移扩散规律进行了数值模拟,并与在单纯潮汐风暴潮条件下的悬浮物质输移扩散规律进行了比较.数值模拟结果表明,考虑波浪和潮汐耦合作用的海洋动力参数与实测资料更加吻合,从物理机制上看也更加合理;考虑近岸海洋动力要素耦合作用的悬浮物质输移扩散规律明显不同于单纯潮汐风暴潮情况下的悬浮物质输移扩散规律.因此,在考虑悬浮物质输移扩散时,不应只考虑潮流,必须考虑近岸海洋动力要素的耦合作用.     

渤海湾海洋平台在环境荷载作用下可靠性分析

基于渤海湾浅海海洋平台在动力荷载作用下的动态响应进行分析,建立合理的海洋平台有限元模型。根据我国海洋平台相关规范及渤海湾环境条件选择相应的荷载计算理论,分析海洋平台在环境荷载工况下的受力情况。利用有限元软件模拟海洋平台结构,通过APDL语言分析海洋平台在环境荷载作用下的动力响应;通过有限元软件的可靠度分析模块,对海洋平台可靠度进行分析。     

基于贝叶斯网络的渤海湾水体富营养化模型

基于渤海湾的现场监测数据,结合已有水体富营养化建模经验,用结构方程模型(SEM)对渤海湾水体富营养化因子与叶绿素a之间的因果关系进行了识别和验证.根据SEM提供的因果关系,建立了基于贝叶斯网络(BN)模型的渤海湾赤潮监控区海域水体的富营养化模型,并用监测数据对BN模型进行了检验和性能评价.研究结果表明:与物理因子相比,营养物质对渤海湾海域富营养化的影响较大;近年来无机磷一直为渤海湾浮游植物生长的限制因子,但是硅酸盐对浮游植物生长的影响程度越来越大.     

海气耦合方式对月尺度气候模拟场的影响

将一个海洋表层流模式与ｐσ混合坐标系球带大气模式耦合，进行了三种月尺度的海气耦合试验，讨论了海气耦合方式对模拟结果的影响.表明，在一个月的时间尺度内，海温的变化主要受大气和海洋间的热交换影响，海流的影响是次一级的.因此，无海流的海气耦合方式足以描述月尺度的海温变化.但海流引起的海温对月尺度气候场的模拟特征还是有影响的，特别是东半球的夏季风系统有较敏感的响应.     

长江河口沿海区域温带风暴潮预报模式的建立与应用

长江口地区既受到台风风暴潮影响,又受到温带风暴潮影响,而长江口地区温带风暴潮研究较少.因此,本文利用新一代中尺度大气模式——WRF,结合有限元二维水动力模型——ADCIRC,并耦合近海浅水风浪数值模型——SWAN,建立了一个长江口及邻近区域温带风暴潮预报模型.利用实测资料对温带风暴潮模型进行率定和后报检验,相对误差控制在10%之内.利用该模型,对温带风暴潮增水的特征及机制进行讨论分析,对比了风应力和气压对增水的贡献,并探讨了增减水对风向的响应,得到了一些有意义的结果.     

杭州湾内风暴潮与天文潮的耦合效应

研究杭州湾内风暴潮和天文潮之间的相互复杂作用对于准确预报风暴潮增水有着重要的意义.本文采用ADCIRC垂向积分水动力数学模式和藤田台风模型,计算风暴潮与天文潮耦合作用下的潮位过程,并与简单线性叠加的结果进行比较,探讨理想条件下天文潮与风暴潮的非线性作用特征.同时对杭州湾地区的天文潮以及9711号典型台风过程引起的风暴潮进行计算,分析该地区天文潮和风暴潮之间的非线性作用特征及影响因素.结果均表明,天文潮影响下的风暴潮增水过程存在与天文潮相同周期性波动成分;和耦合计算相比,简单叠加得到的水位有高估高潮位、低估低潮位的趋势.     

海洋环流模式研究回顾与展望

大洋环流的强度变化,对区域乃至全球气候有重要影响.综述了在过去50年中,海洋模式的发展.经过了几代人的开发,国内外全球大洋环流模式、近海和区域环流模式都有了很大改进,能较好地模拟大洋海面温度和高度的分布、海流分布以及El Nino和La Nina的演变过程等.但是,由于观测资料的短缺,数值模式开发还不够完善,海洋边界流的模拟仍不够好.有些探索是基于压力坐标的、非Boussinesq近似的海洋环流模式;将海洋模式的开边界以余流和潮流合成给出,能保证整个计算区域内水量进出的平衡;摒弃刚盖模型,用自由表面模型取而代之,以及借助海洋资料同化系统,开发海气耦合模式,都是海洋环流模式的发展方向.众多研究认为,不断改进和完善动力框架和各种差分格式的设计将有助于提高海洋环流模式的模拟能力.     

浪流耦合数值模式及其在黄渤海的应用

将国际上先进的第三代海浪模式WAVEWATCH 与POM海流模式整合成一个完整统一的耦合模式，建立一个实时、双向耦合的浪流数值模型.利用卫星风场，模拟了黄渤海海域冬季一次大风过程所产生的浪场，并与浮标实测数据进行了对比，得到较好的结果.     

波致混合对热带太平洋海气耦合模式中冷舌模拟的改进

非通量调整的大气海洋环流耦合数值模式所模拟的赤道太平洋表层海温（SST）的冷舌偏冷并且过于西伸是一个共性问题．文中在全球大气-海洋环流耦合数值模式FGCM-0中考虑了波致混合的作用后，赤道太平洋地区的SST模拟结果有了显著的改善，在（160—180°E，0—3°N）海域内SST升高在0.8℃以上且最大可达1.2℃．这有效地抑制了冷舌西伸，即赤道太平洋冷舌过于西伸的问题有所改善，26.0℃等温线在赤道附近的顶点从165°E东移至180°E以东，大约向东移动了1650km，这样所模拟的SST更接近于观测．对模拟结果分析表明：耦合模式中SST、近海面大气环流、海洋表层水平环流、海洋表层上升流等要素的距平场是相互间动力协调的，对于改善赤道冷舌模拟偏冷问题是正反馈，而耦合模式中海气热通量距平对改善赤道冷舌模拟偏冷问题是一种负反馈．     

渤海湾二维温带风暴潮与波浪耦合数学模型

基于二维温带风暴潮控制方程和动量谱平衡方程理论,建立了二维温带风暴潮与Swan波浪计算模式相结合的波流耦合数学模型,研究了波浪辐射应力对渤海湾二维温带风暴潮过程的影响,通过对发生在该区域的2次温带风暴潮过程的模拟计算,得到了波浪辐射应力作用前后的风暴潮潮流、潮位变化过程,并与塘沽验潮站实测的潮位变化过程进行对比.结果表明:波浪辐射应力对不同风暴潮过程的影响程度不同,与风应力的分布规律有关;考虑辐射应力作用的波浪与风暴潮耦合模型的模拟潮位变化过程和实测潮位变化过程较吻合,波浪辐射应力对岸线附近潮流形态的影响较明显.     

渤海海冰演化的三维数值模型

基于非结构化网格、有限体积三维海洋模型FVCOM建立了海洋-海冰耦合的渤海海冰数值模拟系统.模型中考虑了海冰动力过程和海冰热力过程,讨论了适合渤海的冰厚度分类规则、临界冰厚、短波辐射在冰内的透射率以及冰的热传输系数的合理取值.利用美国国家环境预报中心(NCEP)一小时一次的再分析气象数据作为驱动对2003—2004年冬季渤海海冰过程进行了模拟.模拟的渤海温盐计算值与实测值吻合较好,模拟的渤海冰盖分布与同期卫星遥感结果接近,模拟的辽东湾初冰日、终冰日的海冰面积、海冰厚度及其最大值和最大值对应的时刻与实测值基本一致.模拟与实测结果对比表明,建立的三维海冰数值模型能比较合理地反映渤海动力过程、气象条件影响下的温盐场过程以及渤海海冰的生消演化过程,具有较高的计算精度和计算效率,适合用于渤海海冰中长期数值模拟.     

海气耦合模式中加热函数对大气波动振幅的影响

本文利用包含了有限振幅斜压波、大尺度大气温度场和海面温度之间相互作用的一个简化的非线性大尺度海气相互作用模式,并在简化了三个耦合方程式后对加热函数在大气波动振幅上的影响问题作了解析讨论。文中着重讨论了三类加热函数对波动振幅的影响。数值计算结果证实了热源在海气耦合机制中的重要作用以及表明只有将加热函数取为周期变化的形式才是适宜的。     

围填海工程对渤海湾水交换能力影响的数值模拟

基于水动力模型和拉格朗日粒子跟踪法,从整体和局部两个层面分析了围填海工程对渤海湾水交换能力的影响.根据数值模拟结果统计出大规模围填海之前(2003年前)渤海湾海水的整体半交换时间约为300,d,这与其他研究者的结论基本一致;大规模围填海之后半交换时间显著增大,达到600,d以上.分析表明,半交换时间增大的主要原因可能是围填海工程显著影响了渤海湾沿岸的余流场,致使西部水体沿岸南下进入渤海中部的通道受阻.进一步计算了各节点上的驻留时间、曝光时间和返回系数,分析了围填海工程影响下渤海湾各处的局部水交换能力及其对渤海湾整体水交换能力的贡献.结果表明:渤海湾西部、中部和南部沿岸地区对渤海湾整体水交换的贡献小,黄骅港东北部近岸区域对渤海湾整体水交换的贡献较大,且其水交换能力受岸线变化的影响较小;渤海湾湾口的水交换能力受岸线变化影响较大,湾口北部的水交换能力变弱,南部的水交换能力增强;湾内及湾口的余环流对渤海湾的局部及整体水交换能力影响显著,围填海后湾口北部回流对渤海湾整体水交换能力的影响大,南部回流的影响较小.     

不同资料下赤道太平洋地区海面温度特征的区别

目前关于海面温度空间和时间的特征研究已经十分广泛,并且这些研究成果已经应用到大气模式的研究中.在已有的大气模式或者耦合模式研究中都是给定某一种海洋资料下的海温异常特征来考察大气模式或者耦合模式对于这种异常海温型的响应,目前随着海洋观测技术的进步,对海洋的观测方法越来越多,海面观测资料日益丰富和完善.而不同资料的观测手段、分辨率、处理方法各有区别,在应用这些数据进行模式研究时就会产生一定的差异.因此对目前已有的各种资料进行分析比较,找出它们之间的共同点与不同点,对于大气模式和耦合模式的研究具有一定意义,也可以为其他研究工作提供一定的参考.     

近10年渤海湾重金属（Cu，Zn，Pb，Cd，Hg）污染时空变化趋势分析

渤海湾的污染问题已成为其进一步开发利用的主要瓶颈之一,然而以往有关渤海湾污染问题的研究以营养盐为主,而海水重金属污染研究较少．本研究通过均值柱状图分析、方差分析、曼．肯德尔检验法（Mann-Kendall）、反距离插值等方法研究了渤海湾近10年来海水中重金属的污染状况及时空变化趋势．结果表明,渤海湾海水以可溶态Zn、Pb、Hg污染为主,Cu、Cd污染较轻．10年来,每种重金属在枯、丰、平3个监测时期含量差异性不显著,但时间序列变化规律性差异性较大．各种重金属含量变化的突变时期各不相同．空间分析结果表明,各种重金属均表现为近岸高离岸低的特性,除Cu元素表现为北高南低的规律以后,其他重金属都表现为南高北低的空间趋势．陆源污染、海洋养殖、海上石油开采、大气降尘等都是渤海湾可溶态重金属的主要污染来源．     

短期区域气候预测系统及回报试验

为了提高短期区域气候预测准确率,针对我国大陆区域及周边海域,通过国家气候中心全球海气耦合模式嵌套一个区域大气-海洋耦合模式,建立了一套短期区域气候预测系统。利用该预测系统对2006-2011年逐年7月的气候特征进行了回报试验,对比分析了区域模式相对于全球模式预测高空形势场的差异,评估了预测系统对地面温度和降水的预测能力。试验表明:同化后,初估场质量显著提高;区域模式在预测高空形势场方面优于全球模式;相对于单独的大气模式,海气耦合模式在预测中低空的温度和湿度方面有一定的改善;系统对地面气温和降水均具有一定的预报能力,其中降水预测稍好。     

用简单海气耦合模式研究西太平洋暖池的形成机制及其对大气扰动的影？…

试图建立一个简单海气耦合模式,其中大气垂直分为两层,为一β平面近似线性模式。在非绝热加热项中包含了对流凝结潜热与大尺度流场之间相互作用的ＣＩＳＫ机制以及蒸发,感热与扰动风扬之间的反馈机制,并考虑了东风区与西风区的不同。