热带西太平洋浮力频率的垂直分布和经向变化

根据实测资料(1986-1990年),分析了热带西太平洋(165°E,10°N～10°S)浮力频率的垂直分布和经向变化,讨论了浮力频率与海水稳定度和海洋内波位能的关系。分析结果表明,赤道海域浮力频率的垂直分布和经向变化具有明显的年际变化。其垂直分布的特点是:浮力频率的垂直变化与位温梯度dθdz的垂直变化相似。在ENSO前期或初期,浮力频率在垂直方向上的极大值达到最大,此时跃层最强,但其厚度最薄;在LaNi na期间,垂直方向的极大值明显小于ENSO前期和初期,此时跃层较厚,跃层强度次之;在ENSO末期,垂直方向上的极值介于上述两者之间。此时跃层厚度最为深厚,跃层强度最弱。浮力频率的经向变化是:在ENSO前期和初期,赤道海域的垂向极大值明显高于赤道外海洋;在LaNi na期间,它明显低于赤道外海洋;而在ENSO末期,则与赤道外海洋无显著差异;在8°N,有一个近乎定常的浮力频率峰值,几乎与ENSO或LaNi na的年际变化无关。

基于秒级探空资料的中国地区浮力频率分布

浮力频率用来描述大气层结稳定性,反映大气扰动强弱。利用2014年6月-2017年5月中国地区高垂直分辨率的秒级探空资料,分析了中国地区浮力频率的时空分布特征。结果表明:中国地区大气浮力频率总体随高度的增加而增大,低平流层值大于对流层值;对流层和低平流层中浮力频率随高度变化均较小可视为常数,过渡层浮力频率随高度变化较大,对流层中浮力频率受地形影响较平流层大。对流层中北方地区5 km高度以下的浮力频率随时间呈现出较弱的周期变化,周期为1年,峰值出现在冬季,南方地区随时间无明显变化;在过渡层中南北地区的浮力频率随时间均呈现出1年的周期变化,峰值出现在冬季,谷值出现在夏季;在低平流层中南北地区浮力频率随时间均无明显变化。浮力频率的大小变化对重力波参数有较大影响,秒级探空资料计算的的浮力频率和风速切变更精细,较常规探空资料更准确地反映大气稳定度的变化。

大气浮力频率的时空变化及其影响因子

采用NCEP/NCAR再分析资料,分别将一日4次、日平均、月平均资料作为输入进行计算,分析了浮力频率在不同尺度下的时间变化及空间变化,发现浮力频率的分布与纬度和高度、海洋和陆地、山脉和地形分布等有关。一般认为,浮力频率取决于上下层的温度差。通过对其表达式的推演,指出浮力频率除了与上下层温度差有关外,也与气温本身有关,是两者的非线性函数。针对不同时间尺度及空间的采样样本,研究了气温和垂直温差在浮力频率时空变化中的相对重要性。结果表明,对浮力频率的某些时空变化,在一些区域,气温本身的变化也很重要,其影响甚至能超过上下层温度差的作用。

机舱火灾烟气层高度的确定方法

烟气层高度是火灾安全科学研究的重要参数之一。受限于烟气的不稳定性和易扩散性,人员很难确定船舶机舱等复杂火场内的烟气层高度。因此,以某损管训练舱为背景,通过搭建全尺寸实验平台,采用目测可视法得到烟气层的高度变化情况,并在此基础上比较了3种著名的烟气层高度确定方法(N百分比法、比例积分法和浮力频率法)。实验发现:N百分比法受温度影响较大,其仅适用于温度较低的火灾初期;比例积分法确定的烟气层高度与目测法存在较大差别;浮力频率法确定的烟气层高度与目测法得到的烟气层高度吻合度较好。该研究结论可以帮助学者和消防救援人员加深对船舶机舱火灾中烟气层高度确定方法的理解,指导其进行学术研究和开展消防救援。

温度分层水库中间层流运动影响因素分析

针对分层水库中存在的间层流运动现象,采用水槽试验对稳定温度分层水库的间层流运动进行了模拟,研究了入流条件和分层环境对间层流分离点位置的影响。试验中取分离点的水深和侵入分层水体间层流的厚度来表征密度流运动,分析了入流条件和分层条件的变化对间层流运动的影响;采用入流的初始浮力通量来代表试验中的入流条件,环境水体的浮力频率来代表分层条件。试验结果表明,分离深度和厚度随着浮力通量的增加而变大,随分层强度的变大而减小。研究结果能够帮助进一步了解温度分层环境中的污染物的运动,并为温度分层水库中的水质监测和水生环境管理提供参考。

浅海内波垂直模式方程的一种解析解

给出了一些海区实测浮力频率剖面的数学模型.利用超几何函数对内波垂直模式方程进行了解析求解,得到内波模式方程的解析解和频散方程.利用得到的解析解给出了一种理想条件下内波前三阶简正模式的结构.

长江口外羽状流水体中的垂向混合与层化的观测与分析

2002年9月17日17:00至18日17:00,在长江口外E4站位(122°40′8″E,30°59′17″N),采用300kHz声学多普勒流速剖面仪(ADCP)和温盐深仪(CTD)测得连续的水位、流速大小、流向、电导(盐度)和温度等水文资料.基于这些资料,通过文献中相应的公式,估算出水体的密度(ρ)、浮力频率(N)和梯度Richardson数(Ri),并绘制成水流流速分量、盐度、温度、ρ、N和Ri的垂线分布,从而对该站位羽状流水体中的垂向混合与层化进行了研究.结果表明:①东西向流速分量大小范围为-0.36～0.61m/s,南北向流速大小范围为-0.59～0.39m/s.涨急、落急和落憩,流速分量在垂向上变化均不大;涨憩时,表、中、底层流速存在显著差异.②涨急、涨憩,从表层至底层,盐度随着水深的增加而增大,温度随着水深的增加而减小;落憩,温度在中层达到最大;落急,水体出现显著的密度跃层.③该站位表层水体的N均较小,基本在10-3 s-1量级,水体垂向混合较好;中、下层水体的N出现10-2 s-1量级,混合相对较弱.④该站位水体垂向混合强度呈现涨、落潮周期变化:涨急、涨憩,Ri范围在10-2～101量级,混合较好;落急,Ri在中下层水体出现102量级,水体出现显著层化;落憩,整个水体的Ri大部分都小于临界值0.25,水体混合最充分.

印度尼西亚海及周边海域层结的时空变化特征分析

本文利用World Ocean Atlas 2013(WOA13)和Simple Ocean Data Assimilation version 3.1.1(SODA v3.3.1)温盐资料,分析印尼贯穿流(ITF)路径及所经印度尼西亚海及周边西太平洋、南海和东印度洋海域的层结强度(N^(2))和跃层特征的三维时空变化特征。结果表明,气候态下ITF 3条路径上跃层平均N^(2)差异较小,其中中部路径平均值最大,为10^(−3.68)s^(−2),东部路径平均值最小,为10^(−3.71)s^(−2);各路径跃层深度和厚度存在明显差异,东部路径跃层深度和厚度最大,分别为124 m和192 m,中部次之,西部最小为99 m和143 m,并且印尼海的跃层深度和厚度平均值均小于其他海域。印尼海N^(2)存在显著的季节变化和4~7 a的多年周期变化,其中年际变化可能主要受厄尔尼诺−南方涛动事件影响。季节上,在印尼海域内,ITF 3条路径夏季层结强度均小于冬季(北半球夏冬季),夏、冬两季N^(2)差值最大可达到两个量级。1993−2015年的长期变化趋势显示,印尼海及周边大部分海域的层结强度呈现增强趋势,其中印度洋中部和哈马黑拉海23 a内最大层结增强近0.1个量级。

夏季长江河口层化与湍流混合特征分析

利用2016年夏季长江河口现场水文特性与湍流微结构观测资料,分析了长江河口水体温盐结构、层化发育、湍流与混合特征。结果表明:1)夏季长江河口水体密度层化结构明显,根据各层水体密度梯度差异,可将水体分为底部混合层和上层密度跃层,两部分的密度层化界限与浮力频率等值线lgN^2=-4.0接近。2)底部混合层湍动能耗散率大,层化结构弱,水体分层稳定性弱;上层密度跃层湍动能耗散小,层化结构强,水体分层稳定性强,这有利于河口内波的发育与传播。3)在密度层化的作用下,水体的湍动能耗散率、湍动能剪切生成及浮力通量的能量关系在一定范围内符合湍动能局部能量平衡方程。不同层之间的湍流弗劳德数Fr_t和湍流雷诺数Ret在Fr_t-Re_t平面上呈现明显的分区,与经典的分层剪切流理论基本吻合。

夏季金塔绿洲效应的理想数值试验研究

利用复杂地形下高分辨率边界层数值模式BLASIUS,基于"绿洲系统非均匀下垫面能量水分交换和边界层过程观测与理论研究"实验期间的观测资料,通过一系列的理想数值试验,探讨了沙漠与绿洲间地表温差、浮力频率以及背景风速对绿洲效应的影响。结果表明:绿洲与沙漠间地表温差的增大对金塔绿洲上空"冷岛效应"和"湿岛效应"的增强作用主要表现在500 m高度以下,使得"冷岛"的宽度增加,"湿岛"的高度降低,且对"湿岛效应"的影响较"冷岛效应"滞后约1 h;增大浮力频率,绿洲上空的上升气流增多,1.5 km高度以上沙漠与绿洲过渡带的垂直速度增大;增大背景风速,绿洲与沙漠间的垂直环流的对称性减弱,环流中心的高度降低、强度减弱。

澜沧江不同中游水库分层对溶解氧垂向分布的影响研究

弱水动力情势下的水体水温分层是普遍的自然现象.为了研究澜沧江不同水深水库的水温分层与溶解氧垂向分布的关系,于2017年6月(丰水期)、2018年1月(枯水期)对小湾、漫湾、大朝山和糯扎渡4个中游水库(样点实测水深172 m、46 m、53 m、105 m)相关环境因子进行监测.结果表明,小湾和糯扎渡水体出现分层,深度大、水体滞留时间长(142.66 d、158.58 d)所表征的表底能量输入差异大、水体更新慢为分层主要成因;而漫湾和大朝山水体深度小,水体滞留时间短(8.66 d、8.18 d),水体未出现分层.因分层明显,空气对底层水体的复氧受阻导致小湾水库、糯扎渡水库溶解氧浓度垂向差异较大,甚至呈现先下降后上升的“倒V”分布模式,在温跃层区域出现温跃层溶解氧极小值(MOM)现象;而漫湾、大朝山等混合型水库因无分层,物质垂向交换频繁,溶解氧垂向差异不大.MOM区域的溶解氧和浮力频率N 2呈显著负相关.大浮力频率表征的密度分层可能导致沉降有机物质停留时间较长,同时对溶解氧扩散的阻隔都是MOM现象产生的重要原因.

苏禄—苏拉威西海内孤立波动力参数时空变化特征

基于弱非线性理论及再分析同化数据,计算了苏禄—苏拉威西海冬季及夏季内孤立波动力参数,包括内孤立波线性速度、一阶和二阶非线性参数及线性色散参数,并研究了这些参数的时空变化特征。我们发现,虽然苏拉威西海域受到更加显著的西北太平洋水入侵,但苏禄海内孤立波动力参数的时空变化特征却比苏拉威西海更为显著。夏季苏禄海内孤立波线性速度总体上比冬季约大0.1m·s^(–1);与此相反,夏季苏拉威西海内孤立波线性速度却比冬季约小0.05m·s^(–1)。无论是一阶或二阶非线性动力参数,其在苏拉威西海的时空变化均比较微弱,但在苏禄海则较为显著。苏禄海夏季一阶非线性动力参数比冬季高出约3×10^(–3)s^(–1),但是夏季二阶非线性动力参数却比1月份低约3×10^(–5)m^(–1)·s^(–1)。此外,相比冬季,夏季苏禄海和苏拉威西海的色散动力参数均有所减弱,但其在苏禄海减弱的幅度更大。综上,苏禄—苏拉威西海环流引起的水体层化最大浮力频率所在深度的时空变化是造成上述内孤立波动力参数时空变化的根本原因。

圆筒区域中的内波

有限区域为圆筒域的内波,在旋转分层效应存在并考虑浮力频率N是深度z的函数,考察其垂直结构所对应的本征值问题,给出了频率关系。

通过瑞利激光雷达观测研究武汉上空中层大气(30-60km)的稳定性

利用WIPM瑞利激光雷达大约一年的观测数据, 对武汉上空30～60 km高度段的中层大气的稳定性进行了初步研究. 通过激光雷达探测的中层大气温度分布, 计算了表征大气稳定性的参数浮力频率N2, 发现30～60 km高度段的N2均大于零值, 但呈现出有规则的近似半年振荡, 表明武汉上空中层大气在全年均处于基本稳定的状态, 但其稳定程度在一年中随季节呈现出周期变化: 夏季和冬季大气的稳定性较差, 而春季和秋季大气稳定性较好.

Studying the stability of the middle atmosphere (30―60km) over Wuhan by Rayleigh lidar

The stability of the middle atmosphere ranging from 30 km to 60 km over Wuhan is elementarily studied, according to the observational data obtained in about one year through the WIPM Rayleigh lidar. The stability parameter (buoyancy frequency squared), which was obtained through the temperature field, shows that the middle atmosphere over Wuhan is stable all the year round, but the sta- bility appears variable because the stability of sum- mer and winter is lower, and that of spring and au- tumn is higher.

温度分层对于污染物在水库中运行时间的影响（英文）

目的:水库存在的温度分层导致入流能够形成表层流、间层流或者底层流。探讨温度分层的强弱对于污染物以间层流方式运动时在水库中滞留时间的影响。创新点:1.通过伯努利能量方程,推导出分层强度与间层流运动时间的关系;2.建立试验模型,成功模拟间层流运动。方法:1.通过理论推导,得到温度分层的强度越大,间层流运动时间越短(公式13);2.在实验室中模拟不同温度分层强度下的间层流运动,验证理论推导的关系式(图7);3.通过数值模拟技术,模拟温度分层存在时的间层流运动,进一步验证温度分层强度与间层流运动时间之间的关系(图12)。结论:1.温度分层的存在会导致入流在分层水体中形成不同形态的流动;2.温度分层强度的增加会导致间层流在分层水体中运动时间变短;3.入流形成间层流方式的不同对于分层强度与间层流运行时间之间的关系没有影响。