潮汐风暴潮中波浪对表面风应力系数的影响

利用依赖波浪成长状态波龄在表面风应力作用下的潮汐风暴潮数值模式,对渤海2个风过程个例引起的水位做了数值模拟研究,并给出了波浪作用下表面风应力系数大小的定量计算.个例1数值模拟结果表明,在最大风速时,考虑波浪作用的表面风应力数值是不考虑波浪作用时的1.5倍;相应的水位比不考虑波浪作用时的结果增大16 cm,与实测值更加吻合.个例2的计算结果也得到了类似结论,表明在进行潮汐风暴潮数值模拟时,必须考虑波浪的作用.     

太湖波浪过程的数值模拟

基于动谱平衡方程的SWAN波浪模型和湖流三维模型,分别对太湖波浪和湖流的生消过程进行动态模拟,并研究太湖湖流对波浪的影响.结果表明,湖流模型和SWAN波浪模型可以较好地模拟风作用下太湖湖流和波浪的生成和传播过程;太湖流场对波浪场具有一定影响;风速越大,影响越显著,同时也受风向影响;沿岸区波浪受湖流影响更加显著;湖流对波浪的影响基本上呈现湖流波浪同向时,有效波高增大,波速增大,波长增长;反向时有效波高减小,波速减小,波长缩短的特征.     

基于SWAN模型的风生波河道防浪林消浪模拟

选取嫩江干流佰大街堤防为研究区,综合分析其河道地形与岸线条件,应用地表水模拟系统(surface water modeling system, SMS)差分生成局部加密的非结构三角形计算网格。在此基础上,基于第三代浅水波浪模型(simulating wave nearshore, SWAN)模拟防浪林对河道风生波的影响。结果表明:在发生50年一遇洪水时,模型模拟波高与实测波高的相关系数达到0.95,模拟结果较好;嫩江干流佰大街堤防现状防浪林的消浪效果显著,消浪系数达到30.51%;基于非结构三角网格的SWAN模型能较好地模拟以风生波为主的复杂地形河道内的波浪场。     

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.     

渤海海峡风浪特征统计分析

利用最新相关海洋气象资料分析渤海海峡风、浪、流等分布特征和变化规律.研究表明,进入20世纪90年代,渤海海域的年大风日数明显减少;在同等风力条件下,秋冬季节容易激发波浪的形成和波高增大;在秋冬季波浪形成延迟时间短,在春夏季延迟时间长.偏北风起浪慢,延迟时间长;偏南风起浪快,延迟时间短.研究结果对客滚船驾驶人员保障船舶的安全航行具有实际应用价值.     

黄海南部海域的极值波高推算

以黄海南部海域1979—2018年SWAN模型模拟的海浪后报数据为原始数据集，采用自动化法在原始数据集中提取独立的非热带气旋样本进行极值波高推算研究。选择年N大值法提取极值样本，匹配广义极值分布模型进行拟合，通过分析模型的拟合效果和外推有效波高的不确定性确定合理的N值范围，并采用阈值法的稳定阈值范围进行了验证。利用这种方法推算得到了黄海南部海域50、100、150、200 a重现期的极值波高，可为黄海南部海域海洋、海岸工程的设计施工提供参考。     

超长电磁波遥测技术在渤海深部油气勘探中的应用

根据渤海西岸和渤海中部两口探井的探测和对比实验分析,利用超长电磁波遥测技术可以根据已知探井的探测对比分析预测新探井的岩性界面,协助井位的选址和设计。另外,利用超长电磁波的探测技术可以从剖面和平面上对远景区进行普查性探测,编制远景区的构造图。根据塘沽-大连探测的超长电磁波频谱曲线剖面对比分析,证实引起渤海中部重磁异常高的地质体可能是基性超基性岩体。渤海中部地区的岩浆活动为本区的有机物成熟提供了热机制,因此,渤海中部地区可能是渤海深层天然气的勘探远景区。     

海浪过程对短期天气模拟的影响分析

利用海洋-大气-海浪耦合模式COAWST进行了两组以东海区域为中心的72 h模拟试验。通过对比考虑动态海浪过程与未考虑该过程的试验结果，分析动态海浪过程对短期天气模拟的影响。结果表明，考虑动态海浪过程后将增强海表感热、潜热通量的模拟，造成海表大气增暖增湿。这一暖湿差异将促进大气垂向运动的发展，造成海平面低压发展，并进一步影响大气流场的变化，增强局地升温效果，有利于形成正反馈。该暖湿差异在南海西北部与菲律宾海域最为明显，且随高度上升逐渐减弱，至500 hPa高度时差异基本消失。     

Development of typhoon driven wave nowcasting model in Southeast China Sea

Using optimal interpolation data assimilation of observed wave spectrum around Northeast coast of Taiwan Island, the typhoon driven wave nowcasting model in Southeast China Sea is setup. The SWAN (simulating waves nearshore) model is used to calculate wave field and the input wind field is the QSCAT/NCEP (Quick Scatterometer/National Centers for Environmental Prediction) data. The two-dimensional wavelet transform is applied to analyze the X-band radar image of nearshore wave field and it reveals that the observed wave spectrum has shoaling characteristics in frequency domain. The reverse calculation approach of wave spectrum in deep water is proposed and validated with experimental tests. The two-dimensional digital low-pass filter is used to obtain the initialization wave field. Wave data during Typhoon Sinlaku is used to calibrate the data assimilation parameters and test the reverse calculation approach. Data assimilation corrects the significant wave height and the low frequency spectra energy evidently at Beishuang Station along Fujian Province coast, where the entire assimilation indexes are positive in verification moments. The nowcasting wave field shows that the present model can obtain more accurate wave predictions for coastal and ocean engineering in Southeast China Sea.     

黄渤海风、浪、流等海洋水文要素特征分析

随着我国海洋建设的快速发展,深入了解海洋水文环境特征,为海洋工程等提供保障已迫在眉睫。本文根据日常保障经验,结合相关理论,利用QN（QuikSCAT/NCEP）混合风场、模拟海浪数据等资料,对黄渤海海域的海洋水文特征进行分析,主要分析了该海域的海表风场、海浪场、潮汐潮流、海雾、盐度、SST（海表温度——Sea Surface Temperature）的特征,可为防灾减灾、航海、海洋水文保障、海洋工程、海洋能资源开发利用提供科学依据。     

基于Copula函数的黄海波高周期联合统计分析

为研究黄海中部海域波浪的年极值波高与年极值周期联合分布,基于黄海海域3个位置点1999—2018年SWAN后报波浪数据,采用5种单变量分布拟合年极值波高和年极值周期,通过拟合优度评价得到各位置点年极值波高和年极值周期的最优单变量分布,利用Copula函数理论建立了年极值波高和年极值周期联合分布函数,并与单变量分布波高和周期设计值进行了对比分析。结果表明:黄海中部海域波高周期联合分布可能存在区域性特征；波高周期联合分布得到的波高、周期设计值较同设计频率下的单变量分布设计值高；相同波高和周期设计频率下,单变量重现期最大,条件重现期次之,联合重现期最小。     

最大熵分布在波高长期统计中的应用

基于最大熵原理,推导出最大熵分布概率密度函数,同时介绍了目前在有效波高长期统计分布中运用较多的参数化模式,并将这2种方法应用于有效波高的长期统计分布中.为了检验2种方法的准确性,选用我国东海海域浮筒长期实测风、波浪数据,进行有效波高的概率密度函数拟合,将计算结果与实测数据绘成直方图并进行了比较.结果表明,最大熵分布概率密度函数中的参量γ值能够表征实际海况的复杂程度,且其在不同风速下与实测数据均吻合良好;而由参数化模式推导出的有效波高概率密度函数,在风速较小时与实测数据的吻合程度比风速较大时好,在风速较大时会出现偏离.     

Effect of surface waves on air-sea momentum flux in high wind conditions for typhoons in the South China Sea

The WAVEWATCH-III wave model is implemented in the South China Sea to investigate the air-sea momentum flux in high wind conditions during 23 passages of typhoon occurred in 2005. The wave model is driven by the reanalyzed surface winds assimilated by several meteorologic data sources. The friction velocity was calculated and the relationships between different air-sea momentum param- eters were studied. The results show that the drag coefficient decreases with the wave age generally and levels off for wind speeds higher than 35 m/s under typhoon wind forcing. The spatial variations of air-sea momentum flux parameters in high wind conditions forced by typhoons are completely different from those at weak wind speeds and significantly depend on the relative position from the typhoon center.     

渤海海域油污溯源模拟预测研究

【目的】发展有效、准确的溢油溯源预测技术,为渤海海域溢油污染防治以及责任认定提供参考。【方法】建立基于"拉格朗日"粒子追踪方法的油粒子数值溯源预测模型,利用集合预报方法,结合渤海海域气象、海洋环境驱动场,针对秦皇岛岸段发现的油污,通过溯源模型进行模拟,预测其可能来源,分析油污可能发生的原因。【结果】受海面风和海流的综合作用,冬季在秦皇岛北部海域的油污,多会在春季漂移至秦皇岛海域。【结论】本研究模拟预测方法针对不同的海域进行预测分析,可给出油污的可能来源,为溢油源的排查和应急处置提供技术支持。     

Application of adjoint assimilation technique in simulating tides and tidal currents of the Bohai Sea, the Yellow Sea and the East China Sea

Considering the interaction of different tidal waves, an adjoint numerical model is developed to simulate M2, S2, K1 and O1 tidal waves in the Bohai Sea, the Yellow Sea and the East China Sea （B-Y-E） simultaneously. Compared with previous researches, by using the adjoint assimilation technique to inverse open boundary conditions and bottom friction coefficients based on altimetric data from TOPEX/Poseidon （T/P） and tidal gauges data, the precision of the numerical simulation is significantly improved. Selecting 14 days of simulated results after the initial wanning run to conduct harmonic analysis, the results can show the characteristics of M2, S2, K1 and O1 tidal wave systems perfectly in B-Y-E. Compared with 9 current stations, the calculated harmonic constants of tidal currents for M2 and K1 are in good agreement with the observed ones.     

近岸港口风暴潮与台风浪相互作用的数值模拟

为了模拟近岸港口风暴潮与台风浪的相互作用,利用ECOMSED和SWAN,采用嵌套方法,使用海图水深数据、Holland台风模型气压场,选择具有代表性的200808号台风为天气背景,规划4组数值试验,通过单向耦合研究该港区及邻近海域的台风浪和风暴潮水位相互影响。使用ECOMSED模式,按是否考虑波浪作用分别计算苏澳港风暴潮水位。对比结果表明,考虑海浪影响的风应力以后,风暴潮水位更加接近实测值,海浪通过风应力对苏澳港风暴潮位有全局性的调制作用,苏澳港内聚集更多的海水,内外的水位高度差加大,海平面更加倾斜。使用SWAN模式,按是否考虑风暴潮位影响分别计算了苏澳港的台风浪,试验结果表明,波高受风暴潮位的影响是局部的,靠近岸边的有效波高有所增大,增大的幅度约1m,而水位较深的地方有效波高变化不明显。     

中国海海表风场、海浪场与El Nino的相关性分析

利用CCMP风场,分析了中国海海表风场与El Nino之间的关系,并利用CCMP风场驱动WW3海浪模式,对19882009年的中国海海浪场进行数值模拟,探索中国海的海浪场与El Nino的内在联系,以期能利用El Nino指标辅助中国海海浪场、海表风场的中长期预测、防灾减灾等.结果表明中国海的海表风场、海浪场与nino3指数关系密切:①同期及1~4个月后的海表风场、海浪场与当月的nino3指数表现出显著性负相关,尤其是2个月后的海浪场、海表风场与nino3指数之间的负相关性最显著;7~10个月后的海表风场、海浪场与当月的nino3指数表现出显著性正相关,尤其是8个月后的海浪场、海表风场与nino3指数之间的正相关性最显著.②19881997年期间、19992009年期间,8个月后的海表风场、海浪场与当月nino3指数的走势表现出非常好的一致性.③nino3指数、中国海的海浪场、海表风场三者存在较为显著的、共同的半年周期（5.87~6.29个月）、年周期（11.00~13.54个月）.④nino3指数的突变期为20世纪80年代后期、1999年7月2000年11月、20052009年;海表风场与海浪场的显著性突变期完全一致,为2000年11月2001年5月,其中nino3指数在1999年7月2000年11月期间的突变期比海表风场和海浪场的突变期超前约半年左右,nino3区海温的突变可能是中国海海浪场、海表风场突变的主要诱发因素之一.     

黄渤海海域叶绿素a浓度时空特征分布及影响因子分析

本文基于2003-2017年黄渤海海域MODIS卫星遥感数据,利用自组织映射神经网络模型（SOM）研究了叶绿素a浓度（Chl-a）的典型分布模式,分析了Chl-a变化趋势,并利用广义加性模型（Generalized Additive Model ,GAM）研究其与环境因子的关系。结果表明：黄渤海Chl-a存在明显的季节性变化,7月份浓度最低2.41 mg·m-3, 4月份浓度最高3.43 mg·m-3; Chl-a呈现从近海岸海域向深水海盆逐渐降低的变化趋势;将SOM模型提取的典型模式分为清澈、低浓度、中浓度和高浓度模式,这些模式有效地阐明了2003-2017年黄渤海Chl-a在时间上存在春季高,夏季低的变化趋势,Chl-a高值区主要分布在河流的入海口及近海岸;利用GAM模型发现海表温度（SST）、风速（wind）与Chl-a之间存在显著的非线性关系,SST、wind对Chl-a变化的解释率39.3%,SST对Chl-a变化的影响比wind更大;人类活动的增加对黄渤海Chl-a变化也起着重要的作用。     

深水钻井隔水管时域随机波激疲劳分析

确定深水钻井隔水管时域随机动态分析和疲劳计算方法,采用第三代波浪模式WAVEWATCH计算中国南海波浪谱,并与相应的P-M谱、JONSWAP谱进行比较;开展不同边界条件下的隔水管波激疲劳分析,研究边界条件对隔水管波激疲劳寿命的影响;计算不同边界条件下隔水管疲劳损伤变异系数与分析时长的关系,确定不同边界条件下隔水管波激疲劳分析的最低时长;最后以中国南海某油井为例计算隔水管时域随机波激疲劳寿命。结果表明:南海海域波浪谱的谱峰值和谱形状都与JONSWAP谱较接近,建议选用JONSWAP谱;边界条件对隔水管波激疲劳寿命影响较大,疲劳分析时应考虑钻井船的慢漂运动;随着分析时长的增大,隔水管疲劳损伤变异系数呈指数式减小,考虑钻井船的慢漂运动后大大增加了分析时长。     

东海黄海渤海8个主要分潮的数值模拟

应用球面坐标系下ECOM数值模式,数值模拟了东海黄海渤海的8个主要分潮M₂、S₂、N₂、K₂、K₁、O₁、P₁和Q₁.采用高分辨率网格,计算区域包括东海黄海渤海、东海陆架坡和琉球以东西北太平洋,考虑实际水深和岸线.开边界条件由全球大洋潮汐模式计算的调和常数给出.较成功地模拟出了8个分潮的传播特征,再现了计算区域内半日分潮的5个无潮点和2个蜕化的半个无潮点、全日分潮的3个无潮点.与65个潮位站的观测资料比较,模式计算的M₂、S₂、K1和O₁分潮振幅和位相的均方差分别为7.85 cm和6.81°,5.04cm和8.14°,3.82cm和13.04°,4.34cm和9.33°.与17个潮位站的观测资料比较,N₂、K₂、P₁和Q₁分潮振幅和位相的均方差分别为3.64cm和7.89°,8.47cm和10.51°,1.76cm和7.56°,1.50cm和26.34°.模式模拟的结果可为河口海岸小区域模式提供较为可靠的外海开边界潮汐调和常数资料.