分层密度流体的边界波动在不透水刚性底床的运动行为——Ⅰ造波条件对波型演化的关系

在一座二维内波实验水槽(12 m×0.7 m×0.5 m)、于总水深H等于40 cm的条件下,以淡、盐水依密度分层布置的两层流体,从事孤立内波生成的研究。内波水槽内的上下层水深比H1/H2、造波区位能差(η0)、上下层的密度比皆为实验主要的控制变因。在各种不同实验条件配合之下,试验及比较以上变因对内波振幅能量及相关传递系数的影响,进而产生几种不同的波动特性:上举型孤立内波、下沉形孤立内波、非周期性的重力内波等,且不同形式的重力内波需要配合固定的造波条件使能达成。

内孤立子遇海脊障碍物的能量消散和速度分布

为了观察内波受海脊地形影响的演化及运动机制,进行了实验室试验.研究表明,海脊地形对内波的影响可以划分为轻微影响、中度影响和强烈影响（波形破碎）3种程度,无因次障碍参数是划分内波与障碍物交互作用的重要依据-当无因次障碍参数小于0.5时,为轻微影响;介于0.5～0.7之间时,为中度影响;大于0.7时,为强烈影响,将使内波产生明显的破碎现象.随无因次障碍参数的增大,无因次波速减小,而内波的能量消散增大.

分层密度流体的边界波动在不透水刚性底床的运动行为——Ⅱ分层条件对传动波型的影响

在两层流体中,内波的特性受到许多控制变因的影响,其中包括上下层水深比、造波区位能差(位能大小)、上下层的密度比等。本文以成功大学水工试验所研发的MNDAS套装软件记录,协助数据分析及处理,研究上下层水深比对内波波型的影响,当水深比值差异越大造成的孤立波形与明显,且Kdv及修正mKdV可以合理描述内波振幅与频率之间的关系。

无旋性前进重力波传递在均匀流中的Lagrange解析解与试验验证 Ⅱ.试验验证

针对文献[1]中非旋性自由表面周期性规则前进重力波传递在均匀流中的理论解析,本文以与前进波波向同向与反向的均匀流两种特例情况进行试验测量,所得的波形曲线、流速分布、流体质点的运动轨迹与运动周期及其质量传输速率与Lagrange平均高程等特性,均与文献[1]中全以Lagrange方式所得的三阶解结果符合得很好.这证实本研究取定的标注流体质点的参数,正好为其在原静止水中的位置坐标值.同时亦证实波流场中由流体质点所构成的波形曲线,其波长皆同于(纯)前进波者,而其传播速度为(纯)前进波波速与均匀流流速之和是具Doppler效应的;而流体质点的运动周期与其运动周期平均高程,及其质量传输速率扣掉均匀流流速等,都与(纯)前进波的相符.另外,亦揭示出流体质点的运动轨迹,在前进波波向与均匀流同向中,当流体质点在波谷断面处时沿前进波波向的流速分量为反向、零与正向时,则其形状分别为朝波向前进的扁长辐状余摆线,在波谷断面处成尖点朝下的滚轮状线与短辐形余摆线;而在前进波波向与均匀流反向中,当流体质点的质量传输速率为沿前进波波向为正向与零时,则其形状分别为朝波向前进的缩短的扁长辐形余摆线与长轴在前进波波向上的椭圆形封闭曲线;而当流体质点的质量传输速率为反前进波波向,但质点在波峰断面处时沿前进波波向的流速分量分别为正向、零与反向时,则其形状分别为反波向前进的倒扁长辐形余摆线,在波峰断面处成尖点朝上的倒滚轮状线与倒短辐形余摆线.

无旋性前进重力波传递在均匀流中的Lagrange解析解与试验验证 Ⅰ.理论解析解

对于三维空间等深水中,无旋性自由表面周期性规则前进重力波传递在均匀流中的波流场,依质量守恒取—波长的流体质点的运动位移的波长平均高程,所得其标注参数恰为其在原静止水中的位置下,完全以Lagrange方式的参数控制式,解出此波流场至第三阶的全Lagrange形式解且得到检验验证;其中波流交互作用效应存在于Lagrange流速势中,使得波流场中的压力不受均匀流的影响.而Euler形式解所无法描述的流场特性,包括大于前进波周期的流体质点的运动周期,与其受前进波引起的质量传输速度、它们间的关系,及流体质点对其运动周期平均的高程与成因等,都说明是随流体质点所在的高程向下做指数函数样递减;而流体质点的三维空间螺旋曲线式的运动轨迹与烟线,其随均匀流的流向流速而变化的情况,例如其在均匀流于前进波波向有同向的流速分量时,是受流体质点恰在波谷断面处时的流速大小而变的形式,与其在均匀流于前进波波向有反向的流速分量时,则受流体质点恰在波峰断面处时的流速大小而变的形式,有很大不同的倒反形式甚至以封闭曲线形式呈现.最后,说明波流场变成稳定性运动流场时的特性,并证实其在无流时退化成纯前进波的情况.

非旋转性前进波Euler与Lagrange解间的转换

对等深水中非旋转性的前进重力波动场,以求得的Euler与Lagrange两种形式至第三阶的解,按照同一流体质点在相同时间与位置处其流速唯一与质量守恒性及在自由表面水位处Euler形式解与Lagrange形式解为同一值的特性,来推导二者可相互转换.由连续的Taylor级数展开,考虑波动场中各流体质点的运动轨迹与运动周期,将已知的Euler形式解转换成完全未知的Lagrange形式解,解决了以往成果中出现含时间的不合理的共振项,以及无法得到与Euler系统不同的Lagrange形式的流体质点运动频率与平均运动高程等特性;接着再将所得的Lagrange解转换成对应的Euler形式,均可得到完全相同的结果.由此可知,虑及波动场各流体质点的运动真实性,对于非旋转性的前进重力波动场而言,这两种描述方式所得的解是可以相互转换的.

非旋转性自由表面重力驻波的Euler与Lagrange方法解间的转换

对于等深水中的非旋转性重力驻波流场,本文用Euler与Lagrange两种方法求得其至三阶的解,根据同一粒流体质点在相同时间与位置处其流速值为唯一与质量守恒及在自由表面水位的Euler形式解与Lagrange形式解相同等特性,来推导其间互可转换.由一系列连续的Taylor级数展开,在考虑波动场中各流体质点的运动轨迹与运动周期条件下,将已知的Euler解转换成完全未知的Lagrange形式解.接着再将所得的Lagrange解转换成对应的Euler形式,均可得到完全相同的结果.由此可得知,在考虑波动场各流体质点运动的真实性下,对于非旋转性的重力驻波流场而言,此两种描述方法所得之解是互通可转换的.并证实了流场中所有流体质点的运动周期是完全相同的,且恰等于自由表面波形的脉动周期.

历经十届的海峡两岸人工湿地研讨会回顾与展望

第十届海峡两岸人工湿地研讨会,已于2019年5月5日圆满闭幕。这个研讨会最初是由中国科学院水生生物研究所的吴振斌研究员与(台湾)中山大学海洋环境及工程学系的杨磊教授所发起,于2008年在湖北省武汉市举办第一届海峡两岸人工湿地研讨会,至今已历经十届,共12载。其中,2012年第四届海峡两岸人工湿地研讨会与台湾湿地学会的第三届台湾湿地生态系研讨会联合举行,首次将自然湿地保育及修复与人工湿地的研究工作相结合。