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黑潮通过吕宋海峡入侵南海呈现明显的瞬态特征。以往的研究通常将黑潮在吕宋海峡附近的流态分为几种不同类型。本文基于表层地转流计算得到的有限时间李雅普诺夫指数场（FTLE），展示了拉格朗日视角下的吕宋海峡上层水交换特征。从FTLE场提取的拉格朗日拟序结构（LCSs）很好地识别了吕宋海峡附近的典型流态和旋涡活动。此外，这些LCSs还揭示了吕宋海峡周围复杂的输运路径和流体域，这些特征得到了卫星跟踪浮标轨迹的验证，且从流速场中是无法直接识别的。FTLE场显示，吕宋海峡附近表层水体的输运形态主要可分为四类。其中，黑潮直接向北流动的“跨越”形态和顺时针旋转的“流套”形态的发生频次明显高于直接进入南海的黑潮分支“渗入”形态和南海水流出至太平洋的“外流”形态。本文还进一步分析了黑潮在吕宋海峡处的涡旋脱落事件，突出强调了LCSs在评估涡旋输运方面的重要性。反气旋涡旋的脱落个例表明，这些涡旋主要源自黑潮“流套”，涡旋脱落之前可有效地俘获黑潮水。LCS所指示的输运通道信息有助于预测最终被反气旋涡所挟卷水体在上游的位置。而在气旋涡的形成过程中，LCS的分布特征表明，大部分气旋涡并未与黑潮水的输运路径相连通。因此，气旋涡对从太平洋到南海的上层水交换的贡献较小。 相似文献
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在前人的工作中，拉格朗日分析法被用来演示大尺度环流，同时拉格朗日拟序结构可以较好的演示中尺度涡两维结构的发展过程。然而，很少研究关注怎么利用拉格朗日分析法针对中尺度涡三维结构进行演示。与以往利用欧拉方法研究中尺度涡三维结构的工作不同，我们利用拉格朗日分析法，从另一个视角来研究涡旋结构。我们在海山上方模拟出一个理想的气旋涡，涡旋内的下沉流和涡旋旁的上升流形成一个闭合的环流。这种结构很难从欧拉角度来演示。然而，粒子的运动轨迹很好地展示了整个循环:流体在涡旋中旋转下沉，汇聚到底层的上升流区，并通过上升流返回到海表面。我们也将拉格朗日分析法应用于真实的模拟结果中。作为中国南海的一个重要现象，靠近越南中部的海域中的偶极子（反气旋涡/气旋涡），关于其结构的研究已经比较成熟了，但这些研究主要关注的是海面过程。通过拉格朗日分析，我们很好的演示了偶极子的三维结构:流体在反气旋涡(气旋涡)内部旋转上升(下沉)。更重要的是，粒子的轨迹表明，这两个涡旋之间不存在水团交换，因为强边界急流将它们彼此分开。以上结论均得到了计算误差估计的可信度支持。尽管在强辐散流和强垂直扩散流中，计算误差逐渐增大，但是在一定的时间步长和积分周期内，计算误差始终保持在一个较小的值。 相似文献
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基于珠江河口水文实测资料和三维水动力数值模型,利用有限时间李雅普诺夫指数提取分析了流场中的拉格朗日拟序结构(LCSs),并结合卫星遥感图像探讨珠江河口LCSs时空分布与其浊度锋的关系。结果显示,河口浊度锋与LCSs在时空上存在很好的契合,LCSs所形成的输运通道与壁垒对河口浊度锋的位置、形态及变化过程有显著影响。落潮时,泥沙随蕉门、洪奇门和横门的落潮射流注入伶仃洋,与虎门下泄的冲淡水对峙形成了一条明显的FTLE脊线,制约着浊度锋的形成和分布形态。涨潮时,来自西北三口门的淡水径流受口门外涨潮流的顶托作用,强烈的水平速度与密度梯度在此处形成LCS,阻碍径流挟带悬浮泥沙的输运而产生浊度锋。由于LCSs很好地勾画了不同动力性质的水体边界,因此可以用来对河口浊度锋进行识别、追踪和动力解释。 相似文献
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杨宗严 《中国海洋大学学报(自然科学版)》1993,(4)
应用弱非线性理论导出了狭窄型河口内拉格朗日余流的控制方程和溶解质长期输运方程,并应用流速分解法和B—样条配置技术建立了潮汐及拉格朗日余流的数值模型,应用欧拉—拉格朗日方法和B—样条配置技术建立了长期物质输运方程的数值模型,对狭窄型河口内潮致—斜压拉格朗日余环流进行了研究。结果表明,河口垂向拉格朗日余环流,不同于欧拉余环流,呈现一种较复杂的流型,在盐水入侵界的上游可能存在一涡旋。作者提出,将河口按余环流生成机制和水动力特征分为斜压,潮控及河流三个区。 相似文献
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《中国海洋大学学报(自然科学版)》2017,(Z1)
针对目前没有观测底层拉格朗日余流有效方法的现状,本文提出了一种利用升降浮标观测底层拉格朗日余流的思路,并以象山港为例对其可行性进行了数值分析。该方法的核心是浮标上浮至海面进行定位和通讯,下沉到海底随海水漂流。假设浮标升至水面的位置即为该浮标在这一时刻的水底位置,就可以得到底层拉格朗日余流。但是由于水平流速在垂向上有变化,浮标在升降过程中水平位置会发生偏移从而产生误差,该误差的大小直接影响到这种观测思路的可行性。本文利用FVCOM数值模式,以升降间隔周期、升降速度、释放位相以及追踪时间为实验变量分别计算它们对浮标升降过程中水平偏差的影响,结果表明,在升降间隔周期取一个潮周期,升降速度取0.10m/s,释放位相选在低平潮时,追踪一个潮周期后计算的拉格朗日底层余流速度误差可以控制在5%左右。说明这种测量方式在原理上是具有可行性的。 相似文献
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等密度面P矢量方法在南海环流诊断研究中的应用 总被引：1，自引：0，他引：1
海流的直接测量困难而又昂贵,而采用一些数学模式间接获取流场信息也有其局限性,比如初始场、边界条件和黏性参数的确定存在较大的人为性和不确定性等问题.然而,随着海上现场观测资料的增多,近年来利用温盐资料诊断环流的研究工作也越来越多,例如采用β螺旋方法[1]、P矢量方法[2]和改进逆模式方法[3]等等;这些诊断研究成果,在一定程度上弥补了海洋环流研究中,由于海流观测资料不足而带来的缺陷.在众多诊断环流计算方法中,近年来用得较多的是P矢量方法[2,4,5],1). 相似文献
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本文根据１９９１年１１月１５日～１２月２０日中国世界大洋环流实验（简称ＣＷＯＣＥ）首航ＡＤＣＰ测流资料并结合日本气象厅的ＡＣＭ次表层测流资料（１９９２年１月２０日～２月１５日），描述了菲律宾以东的海流特征。同时应用该航次ＣＴＰ资料计算了各观测断面的地转流流量，并用盐度跟踪讨论了北赤道逆流（ＮＥＣＣ）、黑潮和棉兰老海流的水源。计算和分析表明，本航次期间有３个强流区，即黑潮源头区、棉兰老沿岸区和北赤道逆流区。此外，本航次本区海流特征与１９８６／１９８７ＥＮＳＯ事件同期的海流特征基本相同。 相似文献
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完善莱州湾三维环流结构,对进一步认识莱州湾海域的物质输运和生态环境保护具有重要科学意义,但前人对于莱州湾环流三维结构的研究相对较少。本文基于一套高分辨率的海洋数值模式,从三维角度研究了莱州湾夏季8月份环流的气候态特征及其影响机制。数值研究表明,莱州湾夏季环流垂向结构呈现双层环流特征,其中在跨等深线方向,环流的双层结构环流特征比较显著且存在显著的密度锋面结构。动量诊断的结果进一步表明,这种双层结构环流的形成与底层密度锋面所导致的斜压梯度力密切相关。此外,通过量化温盐场对于密度锋面的贡献,本文证实了温度梯度是莱州湾顶的密度锋面的主要影响因素,其对斜压梯度力的贡献占比达到99%,而盐度梯度对于莱州湾中部区域的密度锋面十分重要,对斜压梯度力的贡献占比达到58%,这与夏季黄河所带来的淡水通量密切相关。 相似文献
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《中国海洋工程》2020,(4)
Study on the transport and mixing in coastal waters is of great concern to the ocean resources exploitation and ecological system protection. Lagrangian methods are direct and effective of researching mass transport. Two Lagrangian tools were adopted and combined to describe water transport in a long-narrow bay, Xiangshan Bay,China. Based on the fields of tidal velocity simulated from the 3-D hydrodynamic model, Lagrangian Coherent Structures(LCSs) and synoptic Lagrangian maps(SLMs) were calculated in the study area. Through comparison of the results, the features and relation of the two tools were discussed. The results show that the LCSs act as the separatrix of the water regions with different transport characteristics and can identify the water areas with different transport time scales. The comprehensive application of the Lagrangian tools is helpful to obtain more insight into the water transport process. 相似文献
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《Coastal Engineering》2005,52(10-11):841-866
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科学评估围填海对海洋中物质输运的影响，对海洋环境保护和管理具有重要的意义。本文采用非结构网格有限体积海洋模型 （FVCOM） 模拟渤海湾 2004 年和 2018 年岸线变化前后水动力场，通过拉格朗日拟序结构的方法，评估岸线变化
对物质输运的影响。结果表明：岸线变化后，物质自近岸向湾内的扩散加强，且物质的输运通道和聚集区发生改变。曹妃甸附近原有清晰输运和聚集区域消失，物质向湾内输运；黄骅港阻碍了西部水体沿岸的南下路径，并在防沙堤顶部形成新的聚集区；渤海湾东南区域的物质输运通道向东延伸，输运能力加强，且聚集面积减小。 相似文献
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Ismael Hernández-Carrasco Cristóbal López Emilio Hernández-García Antonio Turiel 《Ocean Modelling》2011,36(3-4):208-218
Much of atmospheric and oceanic transport is associated with coherent structures. Lagrangian methods are emerging as optimal tools for their identification and analysis. An important Lagrangian technique which is starting to be widely used in oceanography is that of finite-size Lyapunov exponents (FSLEs). Despite this growing relevance there are still many open questions concerning the reliability of the FSLEs in order to analyse the ocean dynamics. In particular, it is still unclear how robust they are when confronted with real data. In this paper we analyze the effect on this Lagrangian technique of the two most important effects when facing real data, namely noise and dynamics of unsolved scales. Our results, using as a benchmark data from a primitive numerical model of the Mediterranean Sea, show that even when some dynamics is missed the FSLEs results still give an accurate picture of the oceanic transport properties. 相似文献
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An updated Lagrangian finite element formulation of a three-dimensional annular section beam element is presented for large displacement and large rotation dynamic analyses of flexible riser structures. In this formulation a new linearization method is used to avoid inaccuracies normally associated with other linearization schemes. The effects of buoyancy force as well as steady state current loading are considered in the finite element solution for riser structures response. The formulation has been implemented in a nonlinear finite element code and the results are compared with those obtained from other schemes reported in the literature. 相似文献
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A Lagrangian mean theory on coastal sea circulation with inter-tidal transports I. Fundamentals 总被引：3，自引：1，他引：2
A brief review is made on the theory of the Lagrangian residual circulation and inter-tidal transports in a convectively weakly nonlinear system. In the review the emphasis is put on the systematical development of the theory and its weakness of convectively weakly nonlinear approximation. The fundamentals of a Lagrangian tidally-averaged theory on circulation with inter-tidal transport processes have been proposed for a general nonlinear coastal/estuarine system. The Lagrangian residual velocity is strictly de- fined, and it has been verified to be able to embody the velocity field of circulation. A new concept of the concentration for inter- tidal transport processes is presented. The concentration describing the inter-tidal transport processes should be a ＂Lagrangian inter-tidal concentration＂ defined and named, but not the Eulcrian tidally-averaged concentration used traditionally. The circulation described here contains a set of infinite temporal-spatial fields of velocity/concentration, each of which corresponds to a specific value of tidal phases varying continuously over one tidal cycle. When the convectively weakly nonlinear condition（ with a smaller order of eddy diffusion and sources） is approximately satisfied, a set of infinite temporal-spatial fields of velocity/concentration can be reduced to a single one.. the mass transport velocity/the Eulerian tidally averaged concentration as exhibited traditionally. 相似文献