海上溢油数值模型研究进展

我国是海洋大国,近年来,海上活动持续增多,发生海上溢油事故的风险随之加大,海上溢油污染事故一旦发生,如不得到及时控制,必将严重损害我国近海海洋环境。为了完善我国海上溢油应急反应体系,提高我国处理重大海上溢油事故的应急反应能力,海上溢油污染应急技术研究已经得到开展。本文综述了溢油预测模型的发展过程以及相关的研究成果,包括：溢油扩展模型、溢油漂移模型、油粒子模型和溢油风化模型等。这为进一步开展溢油预测和溢油污染应急工作提供了理论依据和参考。     

中国近海海上溢油预测与应急决策支持系统研发

开发了中国近海海上溢油预测与应急决策系统,由三维水动力模型、溢油风化模型、环境敏感区图和决策支持模型组成。系统能够预测海面油膜的漂移-扩散行为和风化过程,提供敏感区污染预警和资源优先保护次序、溢油应急优化方案以及溢油清污效果实时动态模拟。作为海上溢油应急反应决策平台,系统能够通过网络提供服务。     

同化技术在渤海溢油应急预报系统中的应用

溢油应急预报对溢油事故现场处理具有重要指导意义。国内外已开展大量溢油数值预报技术研究,但由于各类误差的引入(尤其风和流数值预报误差的引入)以及模型本身的不完善等各种原因导致溢油数值预报无法满足日益提高的溢油预报精度需求。随着现场观测技术和监测水平的提高,如何充分利用实时观测数据提高业务化溢油应急预报精度,并满足应急预报迅速快捷的要求,成为目前业务化溢油应急预报的首要问题。国家海洋环境预报中心于2008年实现了渤海溢油业务化预报系统的建立和业务化应用,本文针对当前渤海溢油业务化应急预报中存在的现实问题,利用已有渤海海上5个石油平台从2010年1月至2011年2月的风场观测数据,初步开展最优插值方法(optimal interpolation assimilation method,OI)同化技术在国家海洋环境预报中心渤海溢油应急预报系统风场订正的应用研究。本文采用交错订正方法,确定了OI同化技术中相关尺度因子的选取,从而实现在这5个观测站地理分布情况下,OI同化技术应用中参数的最优化,之后在理想实验和实际案例的应用中,该同化方法明显提高渤海溢油预报精度。本文为如何进一步利用同化方法迅速快捷地实现溢油应急预报精度的提高提供了一定研究基础。     

溢油扩展、漂移及扩散预测技术研究进展

海上溢油灾害会严重破坏中国近海海洋环境,还会直接危害我国经济发展。因此,开展溢油预测预警技术研究是非常有必要的,能够为海上溢油应急响应提供技术支撑。本文综述了溢油扩展、漂移及扩散数值预测技术的发展过程及相关研究成果,包括溢油扩展模型、溢油漂移与扩散模型、溢油预测预警系统,为未来开展溢油应急工作提供了理论依据和参考。     

渤海海上溢油漂移扩散数值模拟研究

近几年渤海海上溢油突发事件频发,对海洋环境造成严重的污染。本文将业务化气象数值模型(Weather Research and Forecast model,WRF)、海流数值模型(Regional Ocean Model System,ROMS)的数值预报结果作为海洋环境驱动场,采用"油粒子"的海上溢油漂移扩散数值模拟方法,对在渤海发生的溢油扩散行为进行模拟预测。本文针对渤海溢油事件,设计敏感试验,研究不同风、流系数和网格分辨率对溢油扩散模拟结果的影响,获得适合于渤海的溢油数值模型参数,提高溢油漂移扩散预报的准确度,为海洋溢油应急处置和防灾减灾提供技术支持。     

渤海海域溢油应急预测预警系统研究Ⅱ. 系统可视化及业务化应用

本系统基于.NET平台,采用C#作为开发语言,对ArcEngine 9.3进行二次开发,融.NET平台的可移植性与ArcEngine 9.3的可视化和空间显示分析功能于一体,实现了溢油行为与归宿预测模块与GIS平台的统一。把溢油漂移的计算结果与地理信息系统等平台相结合,建立了渤海海域应急预测预警系统。也集成了环境敏感资源信息数据库、应急设备、队伍信息数据库和溢油漂移模型,为溢油应急提供溢油敏感资源及应急资源的日常管理,实现溢油漂移预测结果与敏感资源图的叠加耦合,达到对环境敏感资源的快速预警,形成了溢油敏感资源及应急资源管理系统。作为该系统研制中的第二部分,主要介绍了系统的可视化、系统的预报流程、系统案例验证以及业务化应用的研究工作。     

海上溢油油膜运动不同数值模拟方法的比较研究

为能够迅速响应突发的海上溢油事故,本文利用油粒子法建立了溢油应急模型,以预测油膜漂移轨迹和形状。为弥补油粒子法无法模拟溢油初期油膜扩展过程和无法响应溢油量变化的缺陷,本文设计实验,使用将油膜扩展与油粒子法结合的两阶段法,发现能够较好地模拟溢油扩展过程;并用分数布朗运动代替传统布朗运动模拟油粒子扩散过程,模拟结果能够响应溢油量变化,更好地模拟油膜分散破碎的过程。模型中还考虑了蒸发过程使油粒子数量减少。     

海洋溢油模型及其应用研究进展

根据滥油模型的数学计算理论不同,溢油模型主要有两个类型,欧拉-拉格朗日理论模型和蒙持卡罗方法模型。欧拉-拉格朗日理论模型主要包括:全动力轨迹模型和溢油归宿模型。溢油归宿模型又包括溢油扩展、扩散模型和风化模型。风化模型包括蒸发、溶解、乳化、光氧化、生物降解等过程。蒙持卡罗方法模型在欧拉-拉格朗日理论模型基础上增加了溢油扩散随机数的计算,应用随机数来计算油膜三维扩展尺度。该模型是对欧拉-拉格朗日理论模型的补充和完善。目前国内以及日本、美国、新加坡等国学者们分别在海湾,海峡等(?)了溢油组合模型。但由于他们的研究重点不同,模型没有得到全面的应用。溢油模型的前景相对可观,其与溢油应急反应专家系统的结合使得我们可以根据应急系统做出相应的应急计划,并通过模拟来对溢油损害索赔进行定量。     

海洋溢油污染预测预警技术

本项目对溢油应急体系建设与溢油污染预测预警关键技术进行攻关,为海上溢油应急快速反应、指挥决策和控制处理提供技术支持。自主研发渤海海域溢油漂移轨迹动态快速预报模型和溢油漂移轨迹及归宿模型;     

渤海海域溢油应急预测预警系统研究Ⅰ.海洋动力要素预测技术研究

采用“油粒子”模型,模拟溢油在海洋中的漂移扩散运动,将海流、波浪和风场的模拟结果作为溢油漂移计算的外强迫,来驱动溢油漂移模型,计算其漂移路径.把计算的溢油漂移结果与地理信息系统等平台相结合,建立了渤海海域应急预测预警系统.本文作为该系统研制中的一部分,主要介绍了海流数值计算模型、波浪数值计算模型、风场数值计算模型和溢油...     

海工建筑对周边岸滩演变分析

以多期地形图、海图,多时相航空影像图、卫星遥感影像,多年实测数据为主要数据源,运用“3 S”（ GIS、RS、GPS ）技术,系统分析了河北省秦皇岛市五十年来（1956年~2006年）海岸演变过程、动因及规律,探讨了海岸演变预测及对周边岸滩的影响和环境效应。结果表明,人工干预下岸滩演变对周边海滩产生较大影响,表现为改变局部流场,促进周边岸滩的发育,形成秦皇岛地区自然岸线整体侵蚀背景下的局部淤积现象,其演化特征为：海滩渐宽,年淤积量0.14 m~2.71 m。淤积速度减慢,0.04 m/a~0.7 m/a不等。坡度变缓,仅秦皇岛煤一期突码头至人工填筑地海滩坡度即降低3.8°（ 1985 年~2006 年）;岸线弧度减小,年均变化 0.083°~0.415°,湾顶位置逐年W、WWS向移动;海滩组成物细化,海滩砂中值粒径年均变化0.016 mm~0.035 mm。     

消浪室宽度对可渗明基床开孔沉箱消浪性能影响研究

开孔沉箱是将传统沉箱的前壁开孔,使沉箱前的入射波浪与反射波浪非同相位叠加,达到消能目的。消浪室是开孔沉箱的重要特征结构,其宽度对开孔沉箱的消浪性能具有重要影响。针对可渗明基床开孔沉箱,赋予消浪室宽度以较大的变化范围,开展专项物模试验,研究探讨了在规则波与不规则波作用下,相对消浪室宽度对可渗明基床开孔沉箱前波高反射系数的影响规律,发现反射系数随相对消浪室宽度的增加呈减小—增大—减小的振荡特性,这一发现有别于前人的研究成果,对工程中开孔沉箱消浪室结构的优化设计具有借鉴意义。同时,对试验工况进行数值模拟和解析计算,以物模试验值为标准,评价两种方法在研究相对消浪室宽度对开孔沉箱波高反射系数影响时的规律把握能力及计算精度,对工程中应用这两种方法给出相关建议。     

基于重力梯度的潜艇探测方法研究

提出了一种基于重力梯度探测潜艇的新方法。借助计算机代数系统Mathematica,计算了模拟潜艇在不同位置产生的重力垂直梯度,分析了其变化情况,结果表明如果现有的重力梯度仪精度为10-4E,即使下潜深度达300m,在海面上100m范围内也能够探测到;当重力梯度仪的精度达到或超过10-6E时,可在海面上1000m范围内实现探测。     

臭氧对物体表面IBV冠状病毒的杀灭效果的研究

本文利用强氧化剂臭氧O3对物体表面的冠状病毒进行杀灭试验。不同物体表面经不同臭氧浓度、湿度、温度处理灭活的冠状病毒于10日龄鸡胚培养一代，进行对流免疫电泳试验检测。结果表明，臭氧浓度在高于60．3mg／m^3，作用时间超过15min时就可将表面皿表面的病毒完全杀灭。温度对臭氧的杀毒效果也有影响，即温度越高杀毒效果越明显，而湿度对臭氧消毒效果则没有影响。同时，表面的材料不同对臭氧的消毒效果也存在一定影响，对金属材料和玻璃器皿的消毒效果较好；对纸片和布片的杀毒效果较差。     

海表Ekman流不稳定性致新型次级环流

海洋上混合层中的次级环流可通过物质和能量的垂直输运和混合过程把海洋表层的热量、动量与物质携带到次表层,对海洋上层次级环流生成机制的研究可以丰富对上层海洋的理解和认识。文中利用线性稳定性理论讨论了经典海表Ekman流的不稳定性,提出Ekman流的不稳定性可生成一种新型的次级环流。这种次级环流的空间尺度与雷诺数、Ekman流的垂向衰减速率、水平湍黏性系数与垂向湍黏性系数比值等密切相关,尺度范围从数十米到数千米。数十米量级的次级环流其垂向结构以及次级环流流轴与主流场偏角都与Langmuir环流的特征极为相似,是Langmuir环流形成机制的一种新解释。千米量级的次级环流能够解释黄海浒苔的条带分布。此外,所得次级环流的流轴与主流之间的偏角与科氏力有显著关系,北半球次级环流流轴偏向主流左侧,南半球反之。     

海商法视角下对CMI无人船调查问卷的思考

为解决无人船适用海商法存在的问题,促进我国无人船海上运输产业的健康可持续发展,文章从法理的角度阐释国际海事委员会无人船调查问卷中无人船的法律地位、船长和船员的认定以及无人船的碰撞责任,提出无人船适用海商法存在不确定性风险;在海商法领域,无人船的法律地位认定、船长和船员的识别以及船舶碰撞责任的适用仍存在问题,解决上述问题的有效路径是明确无人船的法律地位、将岸基控制人员识别为船员、采用过错责任原则认定无人船的碰撞责任以及合理分配船东与生产者之间的碰撞责任,以合理规避无人船的风险。     

基于S-58标准的ENC数据检核研究与实现

针对当前电子海图生产现状和与国际接轨的要求,海图产品执行“ENC有效性检核”标准,采取机器自检、自动识别、格网分割、点点对照和人机交互等多种检核手段。研制出一套自主知识产权的国际标准电子海图检核平台,对数据进行合法性、合理性、充分性与完备性检核,解决了当前ENC产品完全依靠人工和国外软件质检的问题。     

海底对系缆运动及张力影响研究

对系缆运动及张力进行分析,并考虑海底对系缆的影响。采用细长弹性杆单元模拟系缆微段,建立系缆运动控制方程,采用有限元法对其进行离散,将海底弹性和阻尼作用力添加到离散控制方程中。利用牛顿法和Newmark-β法对离散后的系缆非线性运动方程组进行数值求解。模拟长600 m的系缆顶端受到垂向正弦激励时的运动,分别求得考虑和不考虑海底作用时系缆运动响应和动态张力。通过对比系缆的运动、速度和动态张力结果,发现海底的弹性阻尼作用对系缆的运动及张力特性有极大影响。上述研究工作为计算海底对系缆的作用力提供了新方法。     

黄茅海内治导线对潮汐要素影响的试验研究

通过物理模型试验 ,研究了黄茅海内不同治导线对潮汐要素的影响 ,得出治导线对河口湾内的潮位变化随着上游径流量的增加而逐渐减弱的结论。中水大潮时 ,湾顶与湾腰处高潮位降低 ,低潮位抬高 ,其幅度与治导线进占的海域面积成正比。洪水大潮时 ,高潮位一般也降低。低潮位则有时降低 ,有时有所抬高。河口湾治导线实施后 ,涨潮最大流速、平均流速和落潮平均流速均有所减小 ,但落潮最大流速不减反增。涨、落潮潮量有不同程度的减少 ,其减幅与治导线的进占规模成正比。各站的高、低潮位发生时间都有前移趋势 ,治导线越往外推 ,潮时前移量就越大。本文对这些现象的成因进行了分析 ,并就潮位、潮流速及潮流量的变化对防洪水位和交通航运水深的影响作了阐述。     

基于GPS的飞机航迹预测方法研究

简要介绍了GPS动态测量系统的组成及存在的缺陷。提出了采用滑窗多项式拟合方法进行航迹推算的数学模型,通过改变系统信息流向、重新组织下发数据报文结构等一系列技术措施来提高航路数据的拟合精度。仿真结果说明,该方法计算量小、速度快、精度高,利于飞机航迹的实时预测。