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内孤立波在海洋中的传播会携带能量和动量,不同振幅的内孤立波对海洋中的能量交换及海上工程等影响也不同,因此,研究内孤立波振幅与半波宽度、水深、分层条件、密度等水文特征参量之间的关系显得尤为重要。以往在研究中建立内孤立波振幅与它们之间的关系时,会受到不同理论有效适用范围的限制。本文借助实验室的水槽方法,设计了不同的水深、分层及密度条件下的内孤立波系列综合实验,发现内孤立波的振幅与半波宽度、水深、分层条件以及水体密度等参量之间并非简单线性关系。因此,利用机器学习的方法建立内孤立波振幅与上述参量之间的非线性关系,建立了支持向量机（SVM）和随机森林（RF）两种机器学习模型。将1 266组实验数据建立样本库,其中包含训练集970组,测试集296组,对模型进行参数调优,最终通过测试集验证,SVM模型的平均相对误差为17.3%,RF模型的平均相对误差为15.5%。该方法适用于多种不同的水文条件,有效解决先前理论存在的适用性问题。 相似文献
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应用基于势流理论的时域高阶边界元方法,建立一个完全非线性的三维数值波浪水槽,通过实时模拟推板造波运动的方式产生波浪。通过混合欧拉-拉格朗日方法和四阶Runge-Kutta方法更新自由水面和造波板的瞬时位置。利用所建模型分别模拟了有限水深波和浅水波,与试验结果、相关文献结果和浅水理论结果吻合较好,且波浪能够稳定传播。系统地讨论造波板的运动圆频率、振幅和水深等对波浪传播和波浪特性的影响,并对波浪的非线性特性进行分析,研究发现造波板运动频率、运动振幅以及水深均将对波浪形态和波浪非线性产生显著影响。结果为真实水槽造波机的运动控制以及波浪生成试验提供了依据,便于实验室设置更合理的参数来准确模拟不同条件下的波浪。 相似文献
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本文从理论上探讨了夏季南黄海和东海层化陆架区,在台风作用下强制界面波的基本特性。研究表明,上层强制波受内界面波的影响甚微,具有与正压海强制波同样特性,它导致了一个随台风移行的孤立波,同时派生一个逆向传播的陆架波系。在台风域内跃层下陷导致内界面波时空不连续,形成一个“零波域”随台风移行,但仍有一个内陆架波逆向传播。其振幅随跃层下层水深的增加而增大,下层水深随风速的增大而减小。上层波振幅小于下层内波振幅。 相似文献
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内孤立波具有振幅尺度大、能量集中的特点,其引起流场和密度场的迅速变化可能对海洋工程结构物以及水下潜体造成严重威胁。因此研究不同造波条件下生成的内孤立波运动的流场特征具有重要的学术意义和实际应用价值。采用直接数值模拟方法和给定的初始密度场密度跃迁函数,对重力塌陷激发内孤立波的运动过程进行研究,探讨了不同造波条件下,激发产生的内孤立波波型、涡度、振幅和水平速度等流场特征。结果表明:(1)直接模拟数值方法能够模拟内孤立波传播过程中的密度界面波型反转现象;(2)从定性和定量的角度,证实了不稳定内孤立波传播过程中存在能量的向后传递;(3)对于相同的台阶深度(水闸两侧初始密度界面的高度差),初始涡流保持相同,但是随着上下层水深比的减小,其强度下降显著;(4)台阶深度对初始涡流的垂直结构的影响要大于上下层水深比,且台阶深度对内孤立波的振幅、水平速度的影响显著。 相似文献
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地形与流对水平无旋浅水波的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
本文在水平无旋及Boussinesq假设之下,导出了水面变化与水平速度场耦合方程组,以及相应的压力与垂向速度解析表示式。通过数值方法求得水面变化及某一特定水深的水平速度分布之后,压力分布及其余水深的速度分布即可由简单计算得到。由色散关系式可知,不同水深的长波色散关系在O(ε)近似之下是等同的。粘性的存在会使波高随时间的增加而衰减,但粘性与底斜率的耦合又可能使波高增长,形成不稳定;计算及分析说明,当同向流增大时,波速增大,波长增大,波高会增加;而水深减少,使波速减少,波长缩短,振幅增加。 相似文献
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在RNGk-ε湍流模型下,基于Fluent平台中的DEFINE-SOURCE宏,结合KdV与eKdV理论编写相应程序,从粘性不可压缩流体的N-S方程出发,进行了基于质量源造波法的内孤立波数值模拟,并将所得模拟结果与物理实验结果、理论值及速度入口法与平板拍击法数值模拟结果进行了对比和分析。结果表明:质量源造波法所得波形与物理实验结果、理论值及速度入口法与平板拍击法数值模拟结果吻合较好,验证了本文所述质量源造波方法的可行性和有效性,且该方法对振幅水深比小于0.1和大于0.1的内孤立波均具有较好的适用性。此外,质量源造波法避免了动网格的使用、可用于研究速度边界未知的情况、耗时短、效率高、适应性强等优点为进一步研究内孤立波与海洋结构物的相互作用问题提供了一种新的实现方案。 相似文献
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基于Boussinesq水波模型的聚焦波模拟 总被引：1，自引：1，他引：0
基于最高导数为3阶的单层Boussinesq方程,建立了聚焦波的时域波浪计算模型。数值模型求解采用了预报?校正的有限差分法。对于时间差分格式,预报和校正分别采用3阶Adams-Bashforth格式和4阶Adams-Moulton格式。首先,针对不同水深条件下水槽中传播的强非线性波进行模拟,并将数值结果与流函数的数值解析解进行了比较,结果表明无论是波面位移、波面处的水平速度和垂向速度均与解析解符合较好,最大波峰面的速度分布伴随水深的增加与解析解吻合程度变差,非线性速度分布的适用范围与线性解析解适应范围kh<3.5基本一致。其次,对深水聚焦波演化进行了模拟研究,研究中聚焦波的生成采用在边界点累加不同频率线性规则波的方法。应用聚焦波物理模型实验结果验证模型,计算聚焦位置处的波面位移和沿水深的速度分布与实验结果的对比表明,波面位移吻合程度较好,垂向的水平速度分布基本吻合。最后,保持中心频率(周期)不变,数值模拟了周期范围变化下最大聚焦波峰面以及波峰面水平速度的变化趋势,结果表明波峰面值和波峰面水平速度随着周期范围缩小而增大。 相似文献
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高分一号(GF-1)光学遥感卫星的发射为海洋内波的研究提供了精细的观测资料,利用其图像高空间分辨率的优势,结合高时间分辨率的中分辨率成像光谱仪(MODIS)的匹配数据,能够对南中国海东沙岛附近的内波开展特征参量的反演。本文处理了GF-1和MODIS的准同步图像,选取东沙岛附近的相邻时刻的同一条内波进行分析,提取其空间位移,计算出内孤立波传播的群速度。分析GF-1和MODIS图像上同一条内波的灰度剖面,计算了明暗条纹间距,结合当地水深和温盐数据,应用非线性薛定谔方程反演内孤立波的振幅,探究大陆架附近内孤立波的振幅演变。研究结果表明:内孤立波的群速度在东沙岛附近向西传播过程中逐渐变小;在相似的温盐条件下,遥感图像中内波的明暗条纹间距和振幅呈现负相关,在深海区水深和振幅呈现正相关关系,在浅海区由于非线性作用增强会出现振幅随水深变小反而增大的现象。 相似文献
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According to the observation in experiment of stability of the oil film, the assumption of velocity distribution for both the water flow and the oil film is introduced. On the basis of the assumption, Orr-Sommerfeld stability equation is applied to develop the method of determining the critical velocity of the oil film, and the criterion for stability of the oil film is obtained. Meanwhile, a formula describing the relation between the thickness of the oil film and the velocity of the water flow is also given and examined by the laboratory experiment. 相似文献
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地转流是海洋中的一种基本流动。准确地计算和预报海洋中的地转流速,对于国防军事、航海运输以及渔业生产等方面都具有极其重要的实践意义。因此,各国海洋科学工作者,历来对地转流速的计算极为重视。本世纪初, Sandst?m 及 Helland-Hansen根据Bjerknes的环流理论,于1903年首次发表了应用温、盐度资料计算地转流速的著名的“Helland- Hansen公式”,即海流的“动力计算方法”。这是海流计算上的重要贡献之一。对深海大洋来说,通过选取“动力零面”的办法。可以得到地转流的绝对流速。如果“动力零面”选取得当,应用“动力计算方法”得到的绝对流速与实测流速极为接近。但在浅海中广泛应用这种“动力计算方法",显然遇到了不少困难。其中关于浅海“动力零面”"的恰当选取以及如何处理由于海底深度不等所引起的影响,是最为重要的两个间题。为了解决这些问题,国外的海洋科学工作者,如Helland-Hansen(1934,转引自 Φомин,1964), COMOB(1937,转引自3yσoB及Mamaeb,1956;,下称3aσon方法),斯费德鲁普等(1946)和Grcen(1948)等,都对此进行了研究,并提出过各自的“浅海动力计算方法”。总起来看这些方法,都假定海底以下的泥土岩石层中(以下通称“假想水体")某一水平面(一般取通过海底最深点)为“动力零面”作为地转流速计算的起点。对于海底及海底以下的“假想水体”中的海水比容分布。却有着几种不同的设想和处理方法。大体可分为两类:第一类(如Helland- Hansen,3yσoB等)是假定海底及其“假想水体”中流速和水平压强梯度同时消失,即那里的等比容线呈水平分布,从而采用线性内插的处理方法去确定其比容分布;第二类(如Sverdrup, Groen等)则假定海底及其“假想水体”中水平压强梯度并未消失,即那里的等比容线不,呈水平分布,从而采用灵活性和随机性较大的非线性内插的处理方法去确定其比容分布。
但迄今为止,这些研究尚未能得出令人满意的结果。我国近海是广阔的大陆架浅海,并且陆架和陆坡毗连区域的海底坡度变化很大,因此研究“动力计算方法”在浅海应用中所存在的这些问题,一直是我国近海海流研究工作中一项迫切的任务。
无产阶级文化大革命前,我们曾经分别采用过“3yσoB方法”和“Groen方法”,计算了我国近海的地转流速。实践证明,这两种“浅海动力计算方法”,还存在着不少问题;特别对海底地形变化剧烈的海区,尤为突出,其计算结果和客观实际相差甚远。针对这些问题,我们初步进行了一些探讨,提出了本文所要介绍的“浅海地转流速的计算”方法。
国外现有的“浅海动力计算方法”中的一个主要问题,是把海底以下的泥土或岩石当作水体(即“假想水体”)来处理。从而引进所谓浅海动力计算中的“订正项”(通过“假想水体”对“真实水体”予以订正)。我们认为计算浅海海水质点的运动速度,不是把基点放在真实的海水中,而是人为地放在海底以下的泥土或岩石中;这种处理方法,可能有一定的主观性。由此而确定的“订正项”也就缺乏足够的客观依据。本文将摈弃国外在“浅海动力计算方法”中迄今所采用的所谓“假想水体”,直接通过真实海水中海水密度水平梯度的差分近似计算:;在不引进任何人为的“订正项”的情况下,去确定浅海地转流速。实例计算结果表明,应用本文所提出的通过密度水平梯度去计算浅海地转流速的计算方法,比国外现有的“浅海动力计算方法”有较高的精度。 相似文献
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Based on the Boussinesq assumption,derived are couple equations of free surface elevationand horizontal velocities for horizontal irrotational flow,and analytical expressions of the correspondingpressure and vertical velocity.After the free surface elevation and horizontal velocity at a certain depth areobtained by numerical method,the pressure and vertical velocity distributions can be obtained by simplecalculation.The dispersion at different depths is the same at the O(ε)approximation.The waveamplitude will decrease with increasing time due to viscosity,but it will increase due to the matching ofviscosity and the bed slope.thus,flow is unstable.Numerical or analytical results show that the waveamplitude.velocity and length will increase as the current increases along the wave direction.but theamplitude will increase.and the wave velocity and length will decrease as the water depth decreases. 相似文献
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The hydrodynamic problem of a two-dimensional asymmetrical wedge entering calm water obliquely at constant speed is analyzed based on the velocity potential theory. The gravity effect on the flow is ignored based on the assumption that the ratio of the entry speed to the acceleration due to gravity is much larger than the time scale of interest. The problem of this similarity flow is solved by a boundary element method together with an analytical solution for the jet based on the shallow water approximation. Various results are provided for the wave elevation, pressure distribution and force at different deadrise angles and at different oblique entry. The effects of asymmetry and horizontal speed on these results are investigated. 相似文献
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1 .IntroductionThe interaction between waves propagating onthe surface of a body of water andthe bed materialis a long standing coastal problem.The problemis practicallyimportant because the waves can be at-tenuated at a muchfaster rate whenthe bed materi… 相似文献
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含强水流高阶Boussinesq水波方程 总被引：13，自引：3，他引：10
采用摄动法并利用已建立的纯波情况下高阶Boussinesq方程,建立了可以考虑强水流与波浪相互作用的高阶Boussinesq方程.水流速度与波浪群速具有相同量级,且随时间和空间的变化尺度远大于波浪周期和波长.方程色散性近似到[4/4]阶Pade展开,对浅水情况方程可以是完全非线性的,可适用于波流相互作用的强非线性问题.通过将水流存在时波长和波幅的结果与一阶斯托克斯波结果对比,讨论了具有不同近似程度的3种含波流相互作用的Boussinesq方程的适用性. 相似文献
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Experimental Investigation of the Decay from A Ship’s Propeller 总被引：1，自引：0，他引：1
In the present study,an experimental investigation of the decay of the maximum velocity and its turbulent characteristics behind a ship propeller,in "bollard pull" condition(zero speed of advance),is reported.Velocity measurements were performed in laboratory by use of a Laser Doppler Anemometry(LDA) measurement system.Earlier researchers described that the maximum axial velocity is constant at the initial stage of a ship’s propeller jet(Fuehrer and Rmisch,1977;Blaauw and van de Kaa,1978;Berger et al.,1981;Verhey,1983) as reported in a pure water jet(Albertson et al.,1950;Lee et al.,2002;Dai,2005),but a number of researchers disagreed with the constant velocity assumption.The present study found that the maximum axial velocity decays in the zone of flow establishment and the zone of established flow with different rates.The investigation provides an insight into the decays of both the maximum velocity and the maximum turbulent fluctuation in axial,tangential and radial components and the decay of the maximum turbulent kinetic energy.Empirical equations are proposed to allow coastal engineers to estimate the jet characteristics from a ship’s propeller. 相似文献
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AbstractThe relocation of ocean bottom seismometers (OBSs) is a key step in analyzing the three-dimensional seismic tomographic structure of crust and mantle. In order to get the accurate location of OBSs on the seafloor, we analyze the travel times of direct water waves emitted by air-guns. The Monte Carlo and least square methods have been adopted to calculate the true OBS location. The secondary time correction is necessary if the arrivals of direct water waves show overall time drift during relocation which maybe originates from remnant of linear clock drift correction and average errors of travel time picking, mean water velocity assumption, and experiment geometry. We have improved the original OBS relocation procedure which we used previously for other experiments by deliberateness of a secondary time correction and automatically approaching the really mean water velocity. A series of synthetic tests are carried out firstly to document the feasibility of our procedure and then it is applied on a real experiment. In here, we relocate 28 OBSs in total were relocated in 3D seismic survey near Bashi Channel. Relocation results show that the drifting distances for the 28 OBSs range from 65 to 1136 m between the deployed and relocated locations deduced by relocation results. The Pearson correlation coefficient between OBS drifting direction and sea current direction is 0.79, indicating that the two sets of data are highly linearly related and further manifest the sea current as the most possible driving force for OBS drifting during landing on the seafloor but its detailed influence mechanism is unclear by now. This research is necessary and critical for velocity structure modeling, and the optimal relocation program provides valuable experiences for 3D seismic survey in other area. 相似文献
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The quality of depth imaging is directly related to the accuracy of the underlying velocity model. In most sub-salt settings, lack of angular illumination severely degrades the resolution and accuracy of velocity information derived from the seismic data itself. A standard approach for building a starting velocity model uses more reliable velocity information outboard of salt which is subsequently extrapolated to populate the sub-salt regions. The shortcoming of this method lies in the assumption that the effective stress observed outboard of salt can be extrapolated beneath salt solely as a function of depth below mudline. 相似文献
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速度分析是地震数据处理中的重要环节之一,基于各向同性假设的传统速度分析技术已经被广泛应用,但是地下地质体存在不同程度的各向异性,而且现代海洋地震勘探逐步向深层勘探发展,拖揽长度不断增加,使得地层各向异性问题日益突出。通过对琼东南海域进行高密度各向异性速度分析技术的应用,同时扫描得到速度和各向异性参数,提高了速度分析的密度和精度,解决了远偏移距无法拉平问题,改善了地震资料成像质量。 相似文献