渤黄东海潮能通量与潮能耗散

利用同化高度计资料和沿岸验潮站资料对潮汐数值模式进行同化,根据同化后的数值模式结果,对渤黄东海中的潮能通量和潮能耗散进行了研究。M2分潮从太平洋进入渤黄东海的潮能为122.499GW,占4个主要分潮进入总量的79%。黄海是半日分潮潮能耗散的主要海区。全日分潮则主要耗散在东海。全日分潮在遇到陆坡的阻挡以后有一部分潮能沿着冲绳海槽向西南传播,并有一部分潮能反射回太平洋,其中O1分潮通过C3断面反射回太平洋的潮能,约占其传入东海潮能的44%。

珠江河口潮能通量与耗散

珠江河口三角洲是我国一个极其复杂的大尺度河口系统，具有独特的河网体系和河口湾。为探讨珠江河口三角洲的潮能通量和潮能耗散机制，基于SELFE模型，建立了珠江河网一河口湾的三维数值模型，计算了河网一河口湾区的潮能通量和潮能耗散。研究表明：珠江河口的潮能通量平面上表现出主槽大，滩地较小；在总能耗中，底摩擦能耗最大，其次是垂向扩散耗散能耗，水平扩散能耗最小；存在‘门’、分汊汇流区和弯曲河道区等典型的高能耗区，高能耗区的单位面积能耗比附近水域的高数倍甚至1．2个数量级。

不同材料和不同能通量条件下电子束喷射冲量的实验研究

介绍了采用直接测量特定时间间隔系列和微型红外通光式传感技术的探头原理，在“闪光二号”电子束装置上进行的喷射冲量随不同材料和不同能通量而变化的实验研究。实验结果表明，在能通量大体相同时，Ａ和Ｂ这两种特种材料的喷射冲量耦合系数分别只有ＬＹ１２铝的１／３和１／２左右。

受电子束辐照的硬铝靶的喷射冲量耦合系数随能通量的变化规律

采用通光式传感法和直接测量特定时间间隔的探头原理，在“闪光２号”装置上进行了电子束辐照硬铝靶产生的喷射冲量耦合系数与能通量关系的研究。结果表明：在能通量为１１５～２４０Ｊ／ｃｍ~２范围内，喷射冲量和亏损质量面密度都随能通量近似线性变化，而喷射冲量耦合系数随能通量增大而缓慢递增，并趋于一渐近值；硬铝产生喷射冲量的能通量阈值为４０Ｊ／ｃｍ~２左右；喷射冲量值为８１～２１８Ｐａ·ｓ，亏损质量面密度为３．１× １０^（－２）～８．６×１０^（－２）ｇ／ｃｍ~２，喷射冲量耦合系数为０．７０～０．９８Ｐａ·ｓ／（Ｊ／ｃｍ ~２）。

西北太平洋的潮能通量与耗散

利用基于FVCOM(Finite Volume Coastal Ocean Model)模式同化沿岸验潮站数据的高分辨率潮汐数值模型结果,分析研究了包含中国近海、日本海和鄂霍次克海在内的西北太平洋海域全日、半日分潮的潮能通量与耗散。西北太平洋的潮波能量分3支,分别传入鄂霍次克海、东海和南海。传入东海的半日潮波能量是传入南海的3倍左右;传入南海的全日潮波能量是传入东海的5倍多。传入中国东部海域的M2分潮能中,有64.3%耗散在东海,32.4%耗散在黄海,仅有3.2%耗散在渤海;而K1分潮能中分别有48.2%、31.4%及7.1%耗散在东海、黄海及渤海。进入南海的潮能中,仅有32.7%的M2分潮能和38.3%的K1分潮能耗散在南海的北部海域,另有23.9%的M2分潮能进入并耗散在台湾海峡,其余则进入南海南部。传入日本海的太平洋潮能很少。鄂霍次克海消耗的全日潮能是半日潮能的2倍。

渤海、黄海、东海潮流、潮能通量与耗散的数值模拟研究

基于ROMS海洋数值模式,对渤海、黄海、东海的潮汐、潮流进行数值模拟,模拟结果与91个沿岸验潮站的实测结果拟合较好。研究表明,渤、黄、东海内的潮波以半日潮为主,共有4个半日潮、2个全日潮和1个退化的半日潮旋转潮波系统,且都呈逆时针方向旋转;渤海的半日潮流主要呈顺时针方向旋转,全日潮流呈逆时针方向旋转,黄海的潮流以逆时针旋转为主,东海、朝鲜海峡潮流以顺时针旋转为主;半日分潮流共有13个圆流点,K1(O1)分潮流有10(9)个圆流点,但全日潮流的同潮时线分布较为复杂;太平洋传入东海的4个主要分潮潮能通量分别为118.341GW、19.525GW、5.630GW、3.871GW,一半以上的潮能耗散在南黄海,30%—40%的潮能耗散在东海,其次是北黄海,而渤海最小。

不考虑局地引潮势的南海正压潮能通量与潮能耗散

利用ECOM模式模拟南海正压M2、S2、K1、O1分潮,对南海潮能通量及潮能耗散进行研究。结果显示,M2、S2、K1和O1分潮分别有38.93、5.77、29.73和28.97GW的能通量经吕宋海峡传入南海,并有2.42、0.36、8.67和7.86GW的能通量由南海经卡里马塔海峡传入爪哇海。由东海及吕宋海峡西北部传入台湾海峡的M2分潮能通量为25.28GW。半日潮进入北部湾和泰国湾的能通量较少(6.52GW),全日潮则较大(24.74GW)。通过民都洛和巴拉巴克海峡断面,全日潮由南海向苏禄海共输送12.28GW的能通量,而半日潮则由苏禄海向南海输送1.92GW的能通量。由模式输出结果估计得到的南海各局部海域的底摩擦耗散与净潮能通量存在差异,为使二者平衡,可对南海不同海域的底摩擦系数进行调整。依净潮能通量与底摩擦耗散平衡关系计算得到台湾海峡、北部湾、泰国湾及南海深水海域的底摩擦系数分别为0.0023、0.0024、0.0023和0.0021。

利用TOPEX/Poseidon高度计资料提取的太平洋M_2内潮能通量分布

基于内波动力学方程,提出利用TOPEX/Poseidon高度计资料提取内潮的方法.利用该方法,结合1992年10月到2002年6月共10 a的TOPEX/Poseidon高度计资料和Levitus(1998)资料,给出了整个太平洋M2内潮能通量的分布,并与观测资料进行比测,两者符合较好.同时也发现沿整个太平洋边界M2内潮能通量向大洋内部输入的总功率为58.4 GW,其中北太平洋对此贡献为30.2 GW,南太平洋为28.2 GW,可见南、北太平洋的贡献是基本相等的.东太平洋的总量为17.8 GW,而西太平洋为40.6 GW,两者差异较大(以160°W作为东、西太平洋分界线).

弱地形上内潮生成问题——Ⅱ.粗糙地形情况下水深对内潮能通量的影响

前人在讨论水深对内潮能通量影响的时候得出结论:有限深海洋中海面对内潮的反射使得正压潮向内潮的能量转化相比较无限深海的情况显著降低,对于选定的地形,在无限深海假定下得到的能通量是该地形上内潮能通量的上限。鉴于前人所研究的基本上都是平滑的地形,而实际的海洋地形总是比较粗糙的,本文探讨了粗糙地形上内潮能通量随水深的变化。选取了弦函数地形、随机白噪声地形、弦函数地形叠加在高斯地形之上、随机白噪声地形叠加在高斯地形之上和随机白噪声地形与弦函数地形同时叠加在高斯地形之上5种情况进行了研究,发现对于这5种情况,都存在海洋有限深时的能通量大于无限深假定时的能通量,这说明前人得出的"有限深海洋中海面对内潮的反射使得正压潮向内潮的能量转化相比较无限深海的情况显著降低"的结论对于粗糙地形并不适用。

风生近惯性能通量和地形粗糙度对海洋内部混合的影响

使用细尺度参数化方法和2015—2019年全球的Argo温盐剖面资料,分析了风生近惯性能通量和地形粗糙度对全球海洋300—600m深度的涡流扩散系数的影响。结果表明,在30°—45°N区域,月均涡流扩散系数与月平均风生近惯性能通量随时间的变化趋势较为一致,相关系数可达0.43,前者滞后1个月,与后者的相关系数可达0.65,但在其他区域二者的变化趋势相差较大;相较于中纬度和北半球,低纬度和南半球的地形粗糙度与扩散系数的相关关系更好。基于这些分析结果,拟合并建立了30°—45°N区域300—600m深度的涡流扩散系数与风生近惯性能通量和地形粗糙度的关系式。而且,用此关系式和细尺度参数化方法计算出来的扩散系数平均量级差异为0.47,且91%的值偏差小于一个量级。据此,我们给出了1—12月30°—45°N太平洋区域的涡流扩散系数的网格化结果。

试用湿静能通量散度对雷暴诊断分析

依据能量天气学的观点，从湿静能守恒方程出发，导出局地能变率的表达式，在一定假定条件下得到局地能变率与湿静能通量散度（下用ＥＤＨ表示）的近似相关式。考虑到雷暴等强对流性天气过程所显示出的强烈的能量特性，我们试用ＥＤＨ对雷暴的发生、发展进行了诊断。分析发现ＥＤＨ场的特征先于能量场本身，且雷暴落区在ＥＤＨ场上规律性比较明显。由此认为，若将ＥＤＨ场与湿静能场（Ｅ＿Ｓ表示）结合应用，对提高雷暴的预报准确率将有一定指导意义。

基于高分辨率风场的海洋近惯性能通量计算——时空特征及其影响因素

基于高分辨率CFSR(climate forecast system reanalysis)风场资料、气候态海洋混合层厚度资料和卫星高度计海面高度异常资料,本文估计了大气风场向全球海洋混合层的近惯性能通量和近惯性能量输入功率,并探究了混合层厚度、风场时间分辨率、经验衰减系数和中尺度涡旋涡度对近惯性能通量和能量输入功率的影响。浮标实测风场和流速表明,本文所用的风场和阻尼平板模型可用于估计风场向全球海洋的近惯性能通量。本文计算得到的大气向全球海洋输入近惯性能量的功率为0.56TW(1TW=1012W),其中北半球贡献0.22TW,南半球贡献0.34TW。在时间上,风场的近惯性能通量呈现各个半球冬季最强、夏季最弱的特征,这和西风带风场的季节变化有关。在空间上,近惯性能通量的高值海域为南、北半球西风带海洋,尤其是南大洋。混合层厚度和风场空间不均匀性使得西风带近惯性能通量呈现纬向变化,即海盆西部强于海盆东部。风场时间分辨率对近惯性能通量的估计至关重要,低时间分辨率风场对近惯性能通量的低估达到13%—30%。阻尼平板模型中的经验衰减系数对近惯性能通量估计的影响不超过5%。中尺度涡旋涡度仅改变近惯性能通量的空间分布,而对全球近惯性能量输入功率的影响可以忽略。

东中国海潮能通量与耗散的数值模拟分析

基于区域海洋模式系统,通过对东中国海的三维数值模拟计算潮能通量和耗散.结果显示:传入东海、黄海、渤海的净潮能分别约为88.333,96.082和2.152 GW,其潮能耗散分别约为79.168,95.254和1.790 GW;底摩擦耗散和垂向扩散耗散分别占总耗散的67.1%和32.9%,水平扩散耗散量级较小,可忽略不计;东中国海高潮能耗散区主要分布于朝鲜半岛沿岸、江苏北部浅滩、长江口水下三角洲、杭州湾和浙闽沿岸;渤海中部、北黄海西南部、南黄海中部为低潮能耗散区.

渤海潮流、潮能通量和耗散的数值模拟

基于渤海最新岸线地形数据,利用有限体积近岸海洋模型(Finite-Volume Coastal Oceon Model, FVCOM)对M_2、S_2、K_1和O_1等4个分潮进行数值模拟,分析渤海潮流的特性,讨论最新岸线地形下渤海各海区的潮能通量和耗散。结果表明:渤海潮流以半日潮流为主,M_2、S_2、K_1和O_1等4个分潮的最大流速分别为120 cm/s、45 cm/s、38 cm/s和30 cm/s;半日潮能输入渤海之后分成3支,向北涌入辽东湾,向西输入渤海湾,向西南传至莱州湾;全日潮能输入渤海之后大致沿逆时针方向传输,在海峡内形成"北进南出"的格局。传入渤海的M_2、S_2、K_1和O_1等4个分潮的净潮能通量分别为4.242 0 GW、0.399 2 GW、0.517 0 GW和0.254 8 GW,其中,输入3个海湾的潮能均以M_2分潮为主,其次为S_2分潮和K_1分潮,O_1分潮的潮能最小。传入渤海的4个主要分潮的总潮能有49.23%耗散在渤海中部海域,27.21%耗散在辽东湾,其次是渤海湾,莱州湾的潮能耗散最少。

潮-径相互作用下大辽河口潮能通量的数值模拟

基于FVCOM建立大辽河口水动力数值模型,用数值模拟方法计算分析了潮-径相互作用下大辽河口潮能通量分布与沿程变化特征。结果表明:沿程动能空间分布与水深分布一致,势能空间分布与潮差变化一致且在沿程能量组成中占主要部分;枯水期潮能通量影响范围最远,且潮能通量总体最大,高能通量区集中在深槽和河道断面狭窄处,低能通量区在河口附近潮滩与上游河段;入海口门附近潮能通量方向在丰水期指向外海,在枯水期方向相反。研究结果可为河口沉积动力过程方面的研究提供参考。

辽河口潮能通量与潮能耗散的数值研究

河口的潮能通量和潮能耗散对河口的泥沙输运和地形地貌形成具有重要的参考价值,本文基于FVCOM(finite-volume coastal ocean model)模式研究了辽河口在潮流和径流相互作用下潮能通量和潮能耗散情况。结果表明:辽河口潮能通量最大的区域集中在盖州滩东南侧以及双台子河河口和大辽河口河道急剧缩窄及拐弯处;在两个河口随着径流量的增加,潮能耗散增强,丰水期耗散能量总体上大于平水期和枯水期;在大辽河口,大潮期间的各水期的耗能率约为小潮期间耗能率的两倍;一个潮周期内潮能通量最大值出现在高潮时刻,其值为56.08 KW/m,河流段最大值发生在河道拐角处,低潮时潮能通量最小。潮能通量和耗散的分布的研究结果对于了解辽河口海域的动力过程和河口沉积动力过程方面的研究具有重要意义。

喉区极光过程中的能量输入估算

喉区极光是一种只发生在磁正午附近的特殊分立极光,具有明显的从分立极光卵赤道侧边界向低纬延伸的特征.已有研究表明,喉区极光对应于一种由磁重联导致的磁层顶局地凹陷.磁重联是太阳风能量注入到地球磁层空间的重要方式之一,但伴随喉区极光过程有多少能量传输进入电离层尚不明确.利用2015年12月的地基全天空极光观测与经过电离层上方的卫星粒子共轭观测,建立了极光强度与沉降电子能通量之间的相关关系.在此基础上,针对发生在2015年12月8日的一个典型喉区极光事件,在综合考虑持续时间与空间尺度基础上,估算出伴随该事件由电子携带的输入到电离层的总能量约为1.07×10^(11)J,单位面积输入能量的平均功率约为1.31×10^(-4)W·m^(-2),对比以往研究中MHD模拟给出的通常情况下极隙区能量输入结果,本文给出的喉区极光过程中能量输入的效率约为MHD模拟结果的两倍,表明伴随喉区极光过程的能量输入非常可观,可能引起局地空间天气效应.

印度尼西亚海域潮波的数值研究

基于ROMS模式构建了模拟区域为(15.52°S-7.13°N,110.39°~134.15°E)水平分辨率为2′的潮波数值模式,分别模拟了印尼海域M2、S2、K1、O1四个主要分潮。模拟结果与29个卫星高度计交叠点上的调和常数进行比较,符合较好。M2分潮的振幅均方根差为3.4cm,迟角均方根差为5.9°;S2分潮的振幅均方根差为1.7cm,迟角均方根差为6.3°;K1分潮振幅均方根差为1.1cm,迟角均方根差为5.8°;O1分潮振幅均方根差为1.2cm,迟角均方根差为4.4°。M2、S2、K1、O1分潮向量均方根差分别为3.8cm、2.4cm、1.9cm和1.3cm,模拟结果的相对偏差在10%左右。根据计算结果分析了印尼海域的潮汐特征及潮能传播规律,结果显示:爪哇海以外的印尼海域主要为不规则半日潮区;全日潮潮能主要由太平洋传入印尼海域,而半日潮潮能则是从印度洋传入印尼海域。

四十年来磨刀门河口水动力对地形的响应

磨刀门是珠江的主要泄洪通道之一,径流分配居珠江三角洲八大口门之首。从20世纪60年代开始,磨刀门经过大规模的人工整治,河床形态变化很大。利用磨刀门1964年、1977年、2003年的地形,通过ECOMSED模型模拟了磨刀门海域洪季水动力场,对潮流、水面坡降、潮能通量等特性进行对比,发现整治后磨刀门水动力强度加大,而且流速滩槽分异明显;落潮期间上游水位均大于下游水位,水面坡降落潮比涨潮大一个数量级;水深与流速是决定潮能大小的主要因素,同一位置随着泥沙淤积河床变浅,潮能通量也减小。

海州湾西部水动力数值模拟

连云港海域地处海州湾西部,1993年西大堤跨海工程完工后,海域水动力环境已经发生了很大改变。利用2004年7月的实测资料,通过ECOM模式模拟了15 d的水动力场,对潮流、潮能空间分布特性进行了分析,发现西墅以西,临洪河口以南水域流速很小,涨潮流流线沿岸线逆时针流过该水域后,在西墅集水流急,在西墅以东形成一个顺时针的涡,能量很快耗散,西大堤以北海域流速较小;在岬角(如西连岛北,西墅,岚山头以东)附近,高能区与低能区并存,形成外高内低的潮能空间分布,也是整个海州湾在其西部海域消能的体现,低能区分布在中部和西南部水域。