重力异常延拓计算积分半径的选择及远区效应

基于球谐展开和两分量模型,推导了基于Poisson积分方程的重力异常延拓的远区效应截断误差的函数表达;研究了近区半径、移去重力场阶次、延拓高度与远区效应截断误差之间的相互关系.数值分析表明,当延拓高度为1 000m时,移去360阶的重力场模型,积分半径大于0.5°能保证远区效应截断误差可以忽略;当移去2160阶的重力场...     

Stokes漂流近似公式对海洋表层流场估算的影响

本文采用波浪订正的Ekman模型,研究分析了三种Stokes漂流近似公式(单波公式、e指数公式、Phillips谱近似公式)对海洋表层流场估算的影响。海表总流场由海表面高度(SSH)数据计算的地转流和海浪模式WAVEWATCH Ⅲ输出结果计算的非地转流组成,并采用拉格朗日浮标观测数据对计算结果进行了验证。研究表明,随着Stokes漂流近似公式精度的提高,其计算的拉格朗日流速更接近于谱积分公式的计算结果,更贴近拉格朗日浮标观测数据。与谱积分公式计算的海表拉格朗日流速相比,单波公式的平均相对偏差为0.0834,e指数公式的平均相对偏差为0.0392,Phillips谱近似公式的平均相对偏差为0.0101,说明Phillips谱近似公式在不同风速下均能对谱积分公式有良好的近似效果。在低风速条件下,由Stokes漂流近似公式精度引起的海洋表层流场估算误差可以忽略不计,但随着风速增加,由近似公式精度引起的偏差逐渐变大,此时应该选择Phillips谱近似公式计算Stokes漂流,来减小误差。     

远区台风“三巴”对河口波浪增水和波生流影响数值模拟研究

波浪增水和波生流是河口泥沙输运、地貌演变和污染物扩散的重要动力之一,但目前关于远区台风影响下长江口波浪增水和波生流的研究比较缺乏。本文建立了覆盖东中国海的台风-天文潮-波浪耦合三维数值模型,研究了远区台风“三巴”对长江口波浪增水和波生流的影响。结果表明:波浪从台风中心向近岸传播过程中,能量耗散引起波浪作用力的衰减和辐射应力的增大,产生波浪增水,长江口波浪增水在0.05 ~0.20 m之间,占台风总增水值的15%~22%。从NW向入射的台风浪产生自北向南的波生沿岸流,垂向上呈现三维结构,平均流速在0.05~0.20 m/s之间,占风暴潮流的15%~50%,充分说明了远区台风可以对长江口波浪增水和波生流产生明显影响,研究成果可以为河口极值水位和流速计算、泥沙输运、水下三角洲地貌演变等研究提供参考。     

Spectral analysis of Stokes waves

The spectral properties of Stokes waves are shown in this paper by theoretical and numerical methods. This is done by expressing wave profiles and velocities of water particles as nonlinear combinations of the first order component of wave profiles. Under the assumption of the first order wave profiles being zero mean Gaussian processes, the relationship between autocorrelation functions of wave profiles and velocities of water particles and the first order component of wave profiles is established using the nonlinear spectral analysis. The spectral densities of nonlinear random waves, the velocities and accelerations of water particles are then obtained. Numerical computations are carried out to analyze the effect of fundamental parameters of waves. The results indicate that wave height is the most sensible parameter to the root mean squares related and wave depth is the least sensible one of all.     

The effect of Stokes drift on Ekman transport in the open sea

By introducing the wave-induced Coriolis-Stokes forcing into ageostrophic motion equation,the Eulerian transport is modified by the wave-induced Stokes drift.The long-term mean contributions of the Stokes transport with remotely generated swells being included to the ageostrophic transport are analyzed using the ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) reanalysis data.The ratio of Stokes transport to Ekman transport in north-south(N-S) direction can reach a maximum of over 50% in the subtropical region.The preliminary influence of the Stokes transport on the North Pacific gyre is all year persistent,while the effect on the North Atlantic gyre is only obvious in boreal winter and early spring.     

波浪场中浓度输移扩散Stokes漂移效应的欧拉描述

为了说明波浪场中浓度输移扩散Stokes漂移效应的欧拉描述方法,采用欧拉方法推导了波浪场中波浪周期平均的浓度输移扩散方程,其对流项是由波浪速度的波动和物质浓度的波动相互作用而产生,所含的对流速度恰是Stokes漂移速度。由此说明,波浪场中浓度扩散问题的Stokes漂移效应可以自动的由欧拉法来考虑,所得到的Stokes漂移效应与拉格朗日描述的结果是等价的。为了进一步说明这一问题,将粒子追踪法的拉格朗日描述的Stokes漂移速度与欧拉法的结果进行了对比,二者是一致的。研究中也数值求解了线性波浪场中σ坐标下浓度扩散方程,将浓度的Stokes漂移、浓度分布和粒子追踪法的结果进行了对比,以证明欧拉描述和拉格朗日描述两种方法的等价性。研究中也根据实验结果对实际波浪场中Stokes漂移效应所引起的浓度漂移进行了讨论,解释了物理模型实验中的观察到的波浪场中浓度漂移现象。     

卷破波作用下沙质岸滩剖面形态判别式初探

通过波浪水槽实验,开展不同类型波浪作用下的沙质岸滩演化规律研究工作。本次实验研究不考虑比尺,采用1:10与1:20组成的复合沙质斜坡对岸滩进行概化,选取规则波和椭圆余弦波两种典型波浪作用,对波浪的传播、变形和破碎、上爬、回落过程以及波浪作用前后沙质岸滩床面地形进行了观测,探讨波浪作用下沙质岸滩剖面演化规律。本文实验工况中,规则波作用下,岸滩剖面呈现出沙坝剖面和滩肩剖面,椭圆余弦波作用下的岸滩剖面均呈滩肩形态,发现岸滩剖面形态不仅与波浪作用类型、强度、周期等因素相关,还与波浪破碎的强度等因素有关。通过对实验过程中现象的进行观察和分析,引入了卷破波水舌冲击角的概念。对波浪卷破破碎后形成的水流挟沙运动与岸滩剖面形态的关系进行定性分析,对水舌冲击角与Irribarren参数之间的关系进行定量分析,基于Irribarren参数与岸滩剖面形态的关系初步建立了波浪作用下沙质岸滩剖面形态判别关系式。通过本文实验结果和前人实验结果对趋势线进行拟合,求得其判别系数,判别式能够较好地划分淤积型岸滩、侵蚀型岸滩及过渡型岸滩三种岸滩形态。     

环境条件对0709号超强台风“圣帕”影响的分析

利用多种卫星观测资料和NCAR／NCEP提供的分析场,分析海温和环境垂直风切变这两个环境因素对0709号超强台风“圣帕”的强度、对流和降水结构的影响．结果表明：强度的变化和环境垂直风切变之间没有直接相关性,海温是影响强度变化的主要环境因素;最大对流区域位于顺切变方向左侧;较强切变条件下,在内眼壁上的最大降水位于顺切变方向左侧,降水呈一波非对称分布;在外围螺旋雨带上的最大降水区域则分布在顺切变方向上或顺切变方向右侧．     

应用特征波预报公式进行台风浪计算的一个根本缺陷

Wilson方法和井岛方法均是移动风区上著名的波浪推算方法,被广泛应用于台风波浪的推算和预报上。本文通过分析指出:使用上述方法以海洋工程界所推行的风浪预报公式作台风浪推算时,所得特征波波陡将与台风浪实测波陡分布定性不符,并指出产生这种缺陷的原因。     

Stokes波的谱特性分析

应用理论推导及数值计算方法，对Stokes随机波的谱特性进行了分析。首先将波面方程，海水质点水平速度用一阶波面分量的非线性组合表示，应用平稳随机高阶短的降阶计算法则，得到了波面方程及海水质点水平速度与一阶波面分量的自相关函数之间的关系，从而确定了Stokes随机波浪的波浪谱密度及海水质点水平速度和加速度谱密度，进而求得有关波浪要素的均方根值。文章还应有数值计算方法，分析了波浪基本参数对均方根值的影响。     

全球Stokes 漂流的时空分布特征研究

利用海浪模式WWIII(Wave Watch III)2008年的模拟结果对海面Stokes漂流、Stokes输运、Stokes深度以及全球Langmuir数的年平均分布特征和季节平均分布特征分别进行了详细的研究与分析。结果表明,海面Stokes漂流和Stokes输运均呈现高纬度偏大的特征,以南极绕极流海域最为突出。全球大部分海域Stokes漂流影响深度在20 m以内,呈现大洋东部偏大,西部偏小的分布特征。全球大部分海域的混合作用是剪切不稳定性和Langmuir湍效应并存的状态,甚至有些海域是以Langmuir湍效应为主。因此,在进行大尺度的海洋数值模拟时,应该考虑波浪导致的混合效应。     

Singularity and Breaking of the Third Order Stokes Waves

1 .ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｓａｖｉｖｉｄｔｈｅｏｒｙｏｆｗａｔｅｒｗａｖｅｓｗｉｔｈｆｉｎｉｔｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｓ ,ＳｔｏｋｅｓｗａｖｅｓｈａｓｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄｔｈｏｒｏｕｇｈｌｙａｎｄａｐｐｌｉｅｄｗｉｄｅｌｙｉｎｍａｒｉｎｅｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｉｎｃｅＳｔｏｋｅｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｔｉｎ 1 84 7.Ｒａｙｌｅｉｇｈ(1 876 )ｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｈｅｔｈｅｏｒｙｉｎａｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｗａｙ .Ｍｉｃｈｅｌｌ (1 893)ｄｅｄｕｃｅｄｌｉｍｉｔｉｎｇＳｔｏｋｅｓｗａｖ…     

An empirical formula for friction coefficient of a perforated wall with vertical slits

The friction coefficient in the permeability parameter of a perforated wall has been estimated on the basis of a best fit between measured and predicted values of such hydrodynamic coefficients as reflection and transmission coefficients. In the present study, an empirical formula for the friction coefficient is proposed in terms of known variables, i.e., the porosity and thickness of the perforated wall and the water depth. This enables direct estimation of the friction coefficient without invoking a best fit procedure. To obtain the empirical formula, hydraulic experiments are carried out, the results of which are used along with other researchers' results. The proposed formula is used to predict the reflection and transmission coefficients of various types of structures including a perforated wall. The concurrence between the experimental data and calculated results is good, verifying the appropriateness of the proposed formula. It is also shown that the proposed formula can be used for irregular waves as well.