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波浪水槽中振动格栅湍流特征的实验研究

海洋学报 2017年第12期39卷 12-19页

作者：马洪余戴德君乔方利蒋暑民中国海洋大学海洋与大气学院山东青岛266100 海洋环境科学和数值模拟国家海洋局重点实验室山东青岛266061 国家海洋局第一海洋研究所山东青岛266061

在波浪水槽中采用格栅振动的方式产生湍流,研究振动格栅产生湍流的特征。本文开展了4类实验,调节测量点到格栅平均位置的距离、格栅振动频率、振动冲程,采用ADV测量水体中单点的脉动速度。实验结果显示,湍流强度在一定范围内随离格栅距... 详细信息

在波浪水槽中采用格栅振动的方式产生湍流,研究振动格栅产生湍流的特征。本文开展了4类实验,调节测量点到格栅平均位置的距离、格栅振动频率、振动冲程,采用ADV测量水体中单点的脉动速度。实验结果显示,湍流强度在一定范围内随离格栅距离的增大而逐渐减小,随着振动频率的增大而呈幂指数增大,随着振动冲程的增大而呈幂指数增大。同时还比较了两个不同格栅产生湍流的不同。结果显示,在波浪水槽中,振动格栅产生湍流的强度还与格栅的长度尺寸有关,这与在水箱中振动格栅产生湍流的特征不同。

关键词：波浪水槽振动格栅湍流

历次核试验进入海洋的^(137)Cs对中国近海影响的模拟研究

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海洋学报 2015年第3期37卷 15-24页

作者：赵昌乔方利王关锁舒启夏长水中国海洋大学海洋环境学院山东青岛266100 国家海洋局第一海洋研究所山东青岛266061

1945年以来,世界各主要核国家进行了数千次核试验,这些核试验产生的绝大部分放射性物质通过多种途径进入海洋,对海洋环境造成放射性污染。本文建立了一个准全球海洋的放射性物质输运和扩散数值模式,通过数值模拟手段评估了历史核试验释... 详细信息

1945年以来,世界各主要核国家进行了数千次核试验,这些核试验产生的绝大部分放射性物质通过多种途径进入海洋,对海洋环境造成放射性污染。本文建立了一个准全球海洋的放射性物质输运和扩散数值模式,通过数值模拟手段评估了历史核试验释放的放射性物质137 Cs对中国近海海洋环境的影响。本文借助前人工作评估了核试验释放137Cs进入海洋的途径和总量;通过比较模拟结果与观测资料,表明本文建立的放射性物质模式能够较好地模拟出137Cs在中国近海及其邻近海域的分布情况和随时间演变特征;模拟结果表明中国近海里的137Cs浓度在20世纪50年代中期达到最大,其中吕宋海峡海域137Cs浓度最高,达80.99Bq/m3;进一步分析了2011年3月份日本福岛核事故前中国近海137Cs浓度分布状况,2011年整个中国近海137Cs浓度介于1.0~1.6Bq/m3间,且其浓度垂向分布较均匀,相对封闭的南海浓度略高于其他海域。

关键词：核试验放射性物质模式 137Cs 中国近海

浪致混合对2016年北太平洋海表温度季节性预测的影响

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海洋学报 2019年第3期41卷 52-61页

作者：赵一丁尹训强宋亚娟乔方利中国海洋大学海洋与大气科学学院山东青岛266100 自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266071 自然资源部海洋环境科学和数值模拟重点实验室山东青岛266061

上层海洋通过海气交换影响大气-海洋耦合系统,海浪引起的垂向混合影响上层海洋结构,从而在气候预测过程中发挥着重要的作用。本文基于国家海洋局第一海洋研究所地球系统模式(FIO-ESM),以2016年为例,分别开展了耦合和关闭海浪模式情况下... 详细信息

上层海洋通过海气交换影响大气-海洋耦合系统,海浪引起的垂向混合影响上层海洋结构,从而在气候预测过程中发挥着重要的作用。本文基于国家海洋局第一海洋研究所地球系统模式(FIO-ESM),以2016年为例,分别开展了耦合和关闭海浪模式情况下的短期气候预测实验,分析浪致混合对北太平洋海表温度(SST)季节性预测的影响。通过对模式预测的SST异常(SSTA)进行定量评估发现,浪致混合能够显著降低北太平洋高纬度海区预测误差,在(45°N,150°E)附近海区SSTA改善可达1℃,气候模式能够更好地预测SSTA的经向分布特征,特别是能够准确地反映25°～45°N海区SSTA分布特征。通过分析有浪和无浪两个实验的热收支贡献发现,垂向混合是导致上层海洋温度差异的主导影响因子。海浪通过改变垂向混合,使2016年北太平洋SST在高纬度海区大幅降低,在低纬度海区略有升高,最终提升了模式对北太平洋SST的季节性预测能力。

关键词：季节性预测北太平洋海表温度浪致混合气候模式

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全球海洋再分析产品的研究现状

地球科学进展 2018年第8期33卷 794-807页

作者：王世红赵一丁尹训强乔方利国家海洋局第一海洋研究所山东青岛266061 海洋环境科学和数值模拟国家海洋局重点实验室山东青岛266061 青岛海洋科学与技术国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266061

随着海洋观测资料的积累和日益丰富,以及海洋数值模式与数据同化方法的不断发展,利用同化系统将海洋数值模式和历史观测资料结合起来,对重构海洋过去的演变以形成再分析资料的作用和意义越来越显著。再分析产品为人们深入了解多时空尺... 详细信息

随着海洋观测资料的积累和日益丰富,以及海洋数值模式与数据同化方法的不断发展,利用同化系统将海洋数值模式和历史观测资料结合起来,对重构海洋过去的演变以形成再分析资料的作用和意义越来越显著。再分析产品为人们深入了解多时空尺度的海洋运动和探究海洋在气候变化中的作用提供了不可替代的资料基础。受海洋模式与数据同化方法的发展水平和庞大的计算资源需求等方面的限制,全球海洋再分析产品主要由海洋科技强国制作与发布。就当前国内外一些主要的全球海洋再分析计划及其产品进行分析,对各产品的特点及应用中存在的一些问题进行介绍,最后对全球海洋再分析产品未来的发展趋势进行了展望和讨论。

关键词：全球海洋再分析产品再分析资料比较计划资料同化数值模拟

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基于CTD资料的南海南部上层环流结构分析

海洋学报 2016年第1期38卷 1-9页

作者：陈思宇乔方利黄传江郭景松国家海洋局第一海洋研究所海洋环境与数值模拟实验室山东青岛266061

利用2009-2012年南海南部海域4个调查航次的CTD资料,计算了南海南部海域的动力高度,分析了季风转换期南海南部上层的环流结构。结果表明:2009年夏初(6月),调查区上层环流结构已经初具夏季形态,越南离岸流已明显出现;2010年秋末冬初(11... 详细信息

利用2009-2012年南海南部海域4个调查航次的CTD资料,计算了南海南部海域的动力高度,分析了季风转换期南海南部上层的环流结构。结果表明:2009年夏初(6月),调查区上层环流结构已经初具夏季形态,越南离岸流已明显出现;2010年秋末冬初(11月),上层环流结构基本转换为冬季环流形态,越南离岸流消失,纳土纳流出现;2011年秋季中期(10月),南海南部的环流处于夏季向冬季转换形态,越南离岸流减弱,但调查区域夏季的反气旋式环流依然存在;2012年9月夏末秋初,南海南部的环流仍然与夏季的形态相近,越南离岸流依然存在,其两侧的环流结构也与夏季相同。本文的分析结果还较为清晰地给出了南海南部环流由夏季向冬季转变的动态过程。

关键词：南海中南部动力高度上层环流季风转换期

海洋潮流能资源的数值估算——以胶州湾口为例

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太阳能学报 2010年第2期31卷 137-143页

作者：吕新刚乔方利赵昌夏长水国家海洋局第一海洋研究所海洋环境科学和数值模拟国家海洋局重点实验室青岛266061

在回顾国际上现有的潮流能资源估算方案基础上,提出利用三维潮流数值模式估算潮流能的思路,并在胶州湾进行了应用。基于普林斯顿海洋模式,建立了胶州湾潮汐潮流三维数值预报模型,对研究海区的潮汐和潮流做出了较为准确的模拟。数值模拟... 详细信息

在回顾国际上现有的潮流能资源估算方案基础上,提出利用三维潮流数值模式估算潮流能的思路,并在胶州湾进行了应用。基于普林斯顿海洋模式,建立了胶州湾潮汐潮流三维数值预报模型,对研究海区的潮汐和潮流做出了较为准确的模拟。数值模拟得到的胶州湾口最大可能潮流速度为2m/s,具有一定的潮流能开发潜力;湾口水道上多年平均潮流能蕴藏量为16MW,大潮期间的瞬时值和大潮周日平均值可分别达135和49MW.潮流资料时间序列的长度对潮流能储量的计算结果有较大影响。由于潮流现象具有强烈的时变性和多种周期,估算潮流能的平均储量应积累一年以上的资料为宜。研究表明,潮流数值模式能够提供高时空分辨率的三维潮流数据,有效弥补潮流实测资料稀缺的不足,因而可作为潮流能资源评价的有力工具。

关键词：潮流能资源估算数值模拟胶州湾普林斯顿海洋模式

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CMIP5模式对南海SST的模拟和预估

海洋学报 2014年第1期36卷 38-47页

作者：黄传江乔方利宋亚娟李新放国家海洋局第一海洋研究所山东青岛266061 国家海洋局海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061

分析了32个CMIP5模式对南海历史海表温度(SST)的模拟能力和不同排放情景下未来SST变化的预估。通过检验各气候模式对南海历史SST增温趋势和均方差的模拟,发现大部分模式都能较好地模拟出南海20世纪历史SST的基本特征和变化规律,但也有... 详细信息

分析了32个CMIP5模式对南海历史海表温度(SST)的模拟能力和不同排放情景下未来SST变化的预估。通过检验各气候模式对南海历史SST增温趋势和均方差的模拟,发现大部分模式都能较好地模拟出南海20世纪历史SST的基本特征和变化规律,但也有部分模式的模拟存在较大偏差。尽管这些模拟偏差较大的模式对SST多模式集合平均的影响不大,但会增加未来情景预估的不确定性。剔除15个模式后,分析了南海SST在RCP26、RCP45和RCP85三种排放情景下的变化趋势,发现在未来百年呈明显的增温趋势,多模式集合平均的增温趋势分别为0.42、1.50和3.30℃/(100a)。这些增温趋势在空间上变化不大,但随时间并不是均匀变化的。在前两种排放情景下,21世纪前期的增温趋势明显强于后期,而在RCP85情景下,21世纪后期的增温趋势强于前期。

关键词： SST 南海气候变化预估 CMIP5 多模式集合

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海表Ekman流不稳定性致新型次级环流

海洋学报 2014年第1期36卷 7-19页

作者：李燕乔方利戴德君马洪余中国海洋大学物理海洋实验室山东青岛266003 国家海洋局第一海洋研究所海洋环境科学和数值模拟国家海洋局重点实验室山东青岛266061

海洋上混合层中的次级环流可通过物质和能量的垂直输运和混合过程把海洋表层的热量、动量与物质携带到次表层,对海洋上层次级环流生成机制的研究可以丰富对上层海洋的理解和认识。文中利用线性稳定性理论讨论了经典海表Ekman流的不稳定... 详细信息

海洋上混合层中的次级环流可通过物质和能量的垂直输运和混合过程把海洋表层的热量、动量与物质携带到次表层,对海洋上层次级环流生成机制的研究可以丰富对上层海洋的理解和认识。文中利用线性稳定性理论讨论了经典海表Ekman流的不稳定性,提出Ekman流的不稳定性可生成一种新型的次级环流。这种次级环流的空间尺度与雷诺数、Ekman流的垂向衰减速率、水平湍黏性系数与垂向湍黏性系数比值等密切相关,尺度范围从数十米到数千米。数十米量级的次级环流其垂向结构以及次级环流流轴与主流场偏角都与Langmuir环流的特征极为相似,是Langmuir环流形成机制的一种新解释。千米量级的次级环流能够解释黄海浒苔的条带分布。此外,所得次级环流的流轴与主流之间的偏角与科氏力有显著关系,北半球次级环流流轴偏向主流左侧,南半球反之。

关键词： Ekman流稳定性分析次级环流(二次流)

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均匀可穿透楔形波导中的三维声场解析解

南京大学学报（自然科学版） 2015年第6期51卷 1210-1216页

作者：杨春梅骆文于乔方利吕连港国家海洋局第一海洋研究所海洋环境与数值模拟重点实验室青岛266061 中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190

研究可穿透楔形波导中的三维声传播问题,旨在求得该问题的三维标准解析解,可用于检验三维数值模型的计算精度.应用虚源法获得楔形海域海水以及海底中的三维声场解析解:对于海水中的声场,计算时只需考虑声波的反射问题;而对于海底中的声... 详细信息

研究可穿透楔形波导中的三维声传播问题,旨在求得该问题的三维标准解析解,可用于检验三维数值模型的计算精度.应用虚源法获得楔形海域海水以及海底中的三维声场解析解:对于海水中的声场,计算时只需考虑声波的反射问题;而对于海底中的声场,计算时不仅需要考虑声波的反射问题,还需要考虑声波的折射问题.鉴于球面波在两种介质分界平面上反射和折射机理的复杂性,将单个虚源辐射的球面波分解为一系列平面波,进而应用平面波的反射和折射原理得到整个海域中的声场解析解.该解析解适用于整个海域,包括海水和海底.最后,通过一个楔形波导标准问题验证了该解析解的正确性.

关键词：楔形波导虚源法声反射声折射全局矩阵方法