LAGFD-WAM海浪数值模式——Ⅰ:基本物理模型

LAGFD-WAM型海浪数值模式是一种第三代海浪数值模式,本文详细地介绍了该模式的物理模型,给出了能谱平衡方程、复杂特征线方程、各种源函数,以及物理空间和相空间的边界条件。

LAGFD-WAM海浪数值模式——Ⅱ.区域性特征线嵌入格式及其应用

详细地讨论了非线性源函数的参数化计算方法和模式的隐格式处理,所设计的特征线嵌入格式具有很强的物理意义,解决了时间步长与空间步长的匹配问题,既节省计算时间,又能保证计算结果的精确度。标准风场下的计算结果显示,LAGFD-WAM模式与WAM模式相比有较大改进。LAGFD-WAM模式的台风浪后报结果能很好地与实测资料符合,说明本模式完全适用于区域性海浪数值预报和后报研究。

耗散源函数及LAGFD-WAM海浪数值模式的改进

本文是在LAGFD-WAM海浪模式方法基础上,根据破碎波统计理论给出了LAGFD耗散源函数形式。同时对LAGFD-WAM模式进行了改进并与WAM模式作了三种典型风场下的对比实验和实测结果检验,取得了较好的结果。

一个新的破碎波统计模式

由运动方程和涡度方程所导得的两个首次积分估计给出了海波破碎的发生条件和破碎波的波面限制。由这两个条件所构造的新的破碎波统计模式,可导出海波的破碎面积率、破碎体积率和破碎能量损耗率的解析表达式,加之一个简单的白冠物理模型又导出了一个新的白冠覆盖率的解析表达式。

海洋内波的控制方程组

从海水质量守恒律、盐量守恒律、动量守恒律、熵变化律和海水状态律出发,给出了低频变密度海洋运动的原始控制方程和它的各类实用形式。在推导的过程中着重明确控制方程各种近似形式的数学物理意义,这使我们在使用这些方程时更严格、更准确。

泛黄海海区的物理海洋特征

本文扼要综述了至今的我国海洋调查的重要事件,它们包括:1)全国性综合性调查,2)特定海洋现象的专项调查,3)各项中外合作海洋调查.在海洋调查基础上,本文还综述了泛黄海区主要海洋环流分量的特征,并尽可能从数学物理角度简要阐明了这些海洋现象的形成和维持机制.

ARGO计划的最新研究进展

本文主要介绍了 ARGO计划的最新研究进展 ,并分析了我国参加 ARGO计划的必要性与紧迫性。

用Geosat高度计数据观测黑潮流系的低频变化Ⅰ.海面高度异常及与验潮站实测数据的比较

对Ｇｅｏｓａｔ高度计ＥＲＭＴ２ＣＤＲｓ共２．３ａ的海面高度数据进行了处理，研究区域为西北太平洋１０°～４５°Ｎ、１２０°～１６０°Ｅ，包括整个黑潮流系，时间段为１９８６年１１月至１９８９年３月．经过数据筛选、地球物理、环境因子校正及轨道误差较正后，用客观分析方法得到时空均匀的５０个时间序列的海面高度异常场。Ｇｅｏｓａｔ高度计的海面高度异常与验潮站实测水位高度符合较好，这证明处理结果是可信的。海面高度异常值均方场表示黑潮变异的能量分布，它与黑潮的弯曲及地形有关。

切变波动力学研究——Ⅱ.激发机制与幅度衰减

本文从涡度方程出发,讨论海洋中的切变波的激发机制和幅度衰减,理论分析表明,在条状外力(如骤置常条状风,移动的条状风等)的作用下,可以激发起切变波,这与卫星观测资料定性地一致,文中还讨论了在侧向摩擦(A_H,A_V)作用下,切变波幅度的衰减过程,理论模型与卫星观测数据定量地一致。

湍流混合输运通量的数学物理描述基础——高确定性闭合的湍流二阶矩和基本特征量控制方程组

湍流,在海洋动力系统其他类运动的控制方程组中,主要以输运通量剩余项的形式出现,它是最重要的海洋混合运动主体。本文的主要研究目标是,在湍流最新研究成果及其子系统控制方程组基础上,提出高确定性的二阶矩闭合原理,导出闭合的二阶矩和基本特征量控制方程组,建立湍流输运通量的数学物理描述基础。现有的湍流基本特征量方程组,其右端项的闭合办法实际上是非独立的。因此要么在今后的研究中引入独立的闭合办法,要么回归到湍流的现场实验分析研究,给出独立的特征量实验关系,从而有可能得到湍流混合系数的解析估计。

海洋动力系统与MASNUM海洋数值模式体系

从海洋运动的尺度分析和相互作用分析出发提出海洋动力系统的概念,并给出其主要结构．海洋动力系统主要由近海面海洋大气、海洋微小尺度、海洋中尺度和海洋大尺度运动等子系统构成,它们是各有其特殊属性而又相互紧密联系着的海洋子系统．基于对海洋系统的理解,文中提出了建立海洋动力系统数值模式体系的构想．以MASNUM(海洋环境科学和数值模拟国家海洋局重点实验室)海洋数值模式体系的发展为例,扼要地给出了海洋动力系统模式体系的各组成模块和模块间相互作用的数学物理描述．初步的模拟结果表明,根据海洋动力系统概念建立的数值模式体系具有更强的海洋环境模拟能力,这应该是新一代海洋数值模式发展和模拟研究的一个重要发展方向．

中国陆架海海洋环流与海洋科学研究及展望

中国陆架海指的是由中国大陆、朝鲜半岛、九州岛、琉球群岛和台湾岛所环抱的海域。它包括世界上最宽阔的中国陆架浅海和冲绳海槽,这里海洋现象独特丰富,是中国海洋学家一直关注的海域。 在这一相对封闭的海域里,各种海洋现象相互作用,形成一个海洋系统。

长江口海域赤潮生态动力学模型及赤潮控制因子研究

基于中日合作长江口海域生态围隔的试验数据，建立了长江口海域六分量赤潮生态动力学模型，并用海上实测数据进行了检验，进而详细讨论了营养盐及光照强度对赤潮形成的影响。结果表明，此次海洋生态围隔试验加入营养盐无机磷所达到的浓度对于诱发该赤潮过程是适宜的。随着初始Ｎ浓度的降低，Ｐ增加到一定程度便不再影响叶绿素浓度分布。当光照为原光照强度的 ５０％时，叶绿素浓度最高可达３５μｇ／ Ｌ。长江口海域发生赤潮无机氮和无机磷营养盐浓度阈值分别为 ４．５μｍｏｌ／ Ｌ和 １．０μｍｏｌ／ Ｌ。该模型结合水动力学模型不仅可以对海洋赤潮现象进行预测及海洋水质环境的总量控制，也可直接应用于海水养殖，对施肥及养殖容量提供理论指导。

球坐标系下MASNUM海浪数值模式的建立及其应用

为开展海浪对海洋上混合层的搅拌混合作用及其对海气界面通量的影响等研究,在LAGFD WAM区域海浪数值模式基础上建立了球坐标系下的全球海浪数值模式.重点导出了球坐标系下的海浪能量谱平衡方程及其复杂特征线方程,该组方程包含了背景流场对波动传播的调整、波动沿大圆传播的折射等.数值积分则采用复杂特征线嵌入计算格式.初步数值模拟结果表明,该海浪全球数值模式能够较为精确地刻画海浪的动力过程.

渤、黄、东海三维潮波运动数值模拟

采用POM三维海流数值模式模拟渤、黄、东海潮波运动。所得潮汐调和常数与77个测站的观测值的平均绝对误差：m1振幅1．92cm，迟角4．39°；M2振幅4．70cm，迟角5．08°。模拟结果显示M2分潮流共存在8个圆流点，m1岁潮流共存在9个圆流点。其中，M2分潮流在舟山群岛附近与m1分潮流在黄海北部和台湾海峡谷存在一个圆流点，这三个圆流点是本文数值模拟所首次显示的，需进一步的观测验证它们实际存在与否。模式还得出湍流涡动系数分布。

吕宋海峡两侧中尺度涡统计

利用1993—2000年间的T／P卫星高度计轨道资料的时间序列和MODAS同化产品中的卫星高度计最优插值资料对南海东北部海区中尺度涡旋进行动态追踪。按照给定的标准从2种资料中提取了涡旋信息并对其特征量进行统计分析。结果表明，南海东北部海区中尺度涡旋十分活跃，平均每年6个，其中暖涡4个，尺度一般为200～250km，平均地转流速为44cm／s；冷涡每年平均2个，尺度一般为150～200km，平均地转流速为-37cm／s。吕宋海峡两侧涡旋的比较分析表明，南海东北部海区仍属于西北太平洋副热带海区的涡旋带，冷、暧涡旋处于不断的形成一西移一消散过程中。南海东北部中尺度冷涡大多是南海内部产生的，而暖涡与吕宋海峡外侧暖涡有一定的联系又具有相对的独立性。分析认为西北太平洋的西行暖涡在到达吕宋海峡时，受到黑潮东翼东向下倾的等密度面的抑制和岛链的阻碍，涡旋停滞于吕宋海峡外侧并逐渐消弱，被阻挡于吕宋海峡东侧涡旋释放的能量，形成一支横穿吕宋海峡（同时横穿过黑潮）的高速急流，把能量传递给吕宋海峡西侧的涡旋，使其得到强化。这是吕宋海峡两侧涡旋联系的一种重要机制。

黄海和东海的环流数值模拟研究

本文从海洋三维原始动力学方程出发,考虑真实地形及(1/4)°×(1/4)°的水平网格,同时考虑黑潮和潮流,数值模拟黄海和东海的环流系统,主要结论是:1)模拟调和常数与分布于该区的81个台站的实测调和常数相比,日分潮振幅和位相的平均绝对误差分别为1.7cm和5.2°,半日分潮M_2振幅和位相的平均绝对误差分别为4.1cm和3.7°;2)模拟的黑潮路径与长期观测结果相吻合;3)黑潮进入研究区域后,一分支从台湾东北部分离出来后进入东海,影响可达29°N,这与海洋普查的调查结果以及文献中的结果一致;4)黑潮的一个分支北上形成对马暖流的一部分,且对马暖流是多源的,对马暖流通过对马海峡进入日本海,同时模拟结果显示一支由日本海进入研究区域的海流,后者需进一步调查和研究;5)黄海表层流主要沿南下方向,在近底层。中国和朝鲜的沿岸流为南下,黄海底层海盆由一顺时针方向的环流控制着,在中国成山头以外的北黄海底层,存在一较弱的逆时针环流。

海浪混合参数化的渤海、黄海、东海水动力环境数值模拟

在浪-流耦合的概念下,对PrincetonOceanModel(POM)模式进行改进,增加特征波参数下的海浪混合作用,并把潮流和环流同时模拟,得到了渤海、黄海、东海典型的环流和水文特征,特别是夏季黄海的温跃层现象,夏季长江冲淡水扩展路径以及我国东部海域冬季和夏季典型环流等.研究表明,海浪的作用使海洋上层混合得更均匀,潮流的作用使海洋底层混合得更均匀,二者是温跃层形成的重要原因;考虑潮效应模拟流场,由于潮扩散和潮余流的作用,长江冲淡水路径与实际观测更为符合.

波浪和潮流混合对黄海、东海夏季温度垂直结构的影响研究

首先对影响垂向混合的物理过程进行了分类 ,进而讨论了波浪运动和潮流运动所造成的混合及其对温度垂直结构的影响 .基于 3种混合方案对黄海、东海温度垂直结构进行了数值模拟实验 ,结果表明 :夏季波浪的混合对黄海、东海上混合层起控制作用 ,潮流混合对 30m左右的近底层起控制作用 ,潮流混合是南黄海断面海温呈台状分布的主要成因 .南黄海东侧的温跃层通风是由于强波浪以及潮流对应的混合共同作用的结果 .同时考虑波浪混合和潮流混合所模拟的黄海、东海海洋温度垂直结构特征与实际观测基本一致 .对近海而言 ,波浪混合和潮流混合是进行温度跃层和密度跃层数值模拟的关键过程 .