基于FVCOM的黄渤海潮波运动的数值模拟

为进一步加强黄渤海潮波数值研究,采用FVCOM海洋数值模式进行试验并对其底摩擦项进行了改进,对黄渤海的潮波运动进行了数值模拟;根据37个潮位站和3个海域海流的实测资料,对比了调和常数、潮位和潮流数据,计算结果均与实测结果吻合良好;通过对计算结果进行准调和分析,绘制了黄渤海的潮汐潮流同潮图、潮汐潮流性质分布图、潮流椭圆图和潮致余流图。结果表明:模拟区域存在4个无潮点和8个圆流点;潮汐主要以半日潮汐为主,全日潮汐分布在秦皇岛外海、海州湾外海和老黄河口近海;潮流主要以半日潮流为主,全日潮流分布在渤海海峡东南部,近岸表现为往复流,外海表现为旋转流。     

基于FVCOM渤海浅水分潮的特征分析

基于非结构有限体积法海洋模型FVCOM,对渤海潮波系统进行数值模拟。利用渤海沿岸共19个潮位站的资料对模拟结果进行验证,计算结果均与实测结果吻合良好。基于此进一步研究渤海3个主要浅水分潮M4、MS4和M6的主要特征,并与前人的研究成果进行对比。结果表明M4和MS4分潮传播特征相似,都存在5个无潮点,其中1个为顺时针旋转,而其余四个为逆时针旋转。对于M6分潮,结果显示存在9个无潮点,两个为顺时针,其余七个为逆时针。M4分潮振幅在近岸处可达25cm,约为M2分潮振幅的10％,MS4振幅次之,M6振幅最小,仅为M4分潮振幅的18%左右。三者振幅均为从外海向近岸迅速增大,表明浅水分潮振幅分布特征与海底地形关系密切。     

全球非结构网格有限体积法海洋模式东中国海潮汐计算初步分析

对全球非结构有限体积法海洋模式(Global-FVCOM)计算的全球海洋潮汐东中国海部分进行了验证。模式与资料的比较范围为24°N到41°N、118°E到132°E。根据计算结果得出了东中国海的M2、S2、K1、O1分潮的同潮图。分潮计算结果与东中国海区域99个实测站点比较结果总体较好,局部区域水深和网格精度欠缺导致偏差偏大。M2分潮振幅均方根偏差为15 cm,迟角均方根偏差为10°,K1分潮振幅均方根偏差为8.2 cm,迟角均方根偏差为9°。初步结果将有利于进一步建立全球多尺度潮流-洋流耦合模型。研究亮点:采用全球一体化的非结构有限体积法模式计算了全球潮汐,东海潮汐比较结果表明模式较好地反演了该地区潮波特征。全球模式的研究有助于加深对全球变化和近海变化的理解,具有广阔的研究前景。     

贻贝浮筏养殖设施水动力效应及附生海藻碎屑输运的数值模拟

基于三维海洋数值模式Ecom-si（Estuarine Coastal Ocean Model，semi-implicit）对枸杞岛邻近海域贻贝养殖海域的水动力进行了数值模拟研究。通过在模型动量方程中添加动量损耗项，实现了对贻贝浮筏养殖设施和贝串阻流效应的模拟，采用实测数据对模型进行了潮位及流速的验证。利用验证良好的数值模型模拟了潮流驱动下养殖设施附生海藻碎屑漂移及沉降。结果表明，贻贝养殖设施及养殖贝串在海表的阻流效应使表层流速降低了约80%，中、下层流速分别降低了约50%和30%，在养殖海域外围因过流面的减小使得养殖场外围的流速增大。应用拉格朗日质点追踪模块模拟的结果表明，当碎屑质点处于悬浮状态即质点沉降速率（w）为0 m/s质点需要约600个小时才能达到36.79%（e-1）的沉底率；且无阻流效应时，沉底质点的分布在距养殖区中心9.0~10.5km的区域内，有阻流效应时，质点的沉底范围分布在距养殖区中心7.5~8.5km的区域内。当w大于0 m/s时，三种碎屑沉降速度的结果差异不大，大约在80个小时内质点的沉底率达到99%，无阻流效应时质点沉降区域为距养殖区中心10~13.5km的范围内，有阻流效应时质点的沉降范围为距养殖区6.8~12km的区域，大潮期间释放质点沉底范围所示的碎屑生态辐射范围较小潮释放质点广。在不考虑风应力等驱动的条件下，潮致余流是决定碎屑输运和沉底的主要动力学因子。     

锦州湾围填海工程对海湾水交换能力的影响

采用数值模拟方法分析了2000、2005、2010年锦州湾海域潮流场和海湾纳潮量及水交换指标的变化,并根据水质监测数据对锦州湾海域进行了海洋环境质量评价,分析水质环境的演变趋势。结果表明:2000—2010年锦州湾自然岸线减少近2.17 km,海域面积减少约28.1 km2;海湾纳潮量和水交换率呈现逐年减少的趋势,围填海工程的岸线变化导致2000—2005年纳潮量减小了11.92%,水交换率减少了17.51%,2005—2010年纳潮量减小了29.74%,水交换率减少了9.28%;2004—2010锦州湾海域COD、无机氮、磷酸盐、石油类的质量浓度分别为1.13～2.10、0.16～1.07、0.0030～0.0389、0.05～0.39mg/L,锦州湾海域水质质量呈逐年下降的趋势,超标污染物主要为COD、无机氮和油类。     

霞浦围江渔港工程对附近海域水文环境的影响

为研究围江渔港工程的建设对周围海域水文环境的影响,应用海洋数值模型(finite volume coast and ocean model,简称FVCOM)建立工程海域三维潮流模型,分别模拟渔港建设前后的潮流场,分析工程前后周边海域潮流场的变化。基于模型计算结果,根据现场调查资料以及历史试验成果对工程周边海域施工期悬浮物分布,工程实施后泥沙冲淤进行计算分析。结果表明,工程建成后流场的变化主要集中在工程区及附近海域,工程区南北两侧流速减小,变化幅度在0.2~0.5 m/s之间,流向与码头走向趋于平行,而工程区以外大范围海域受到的影响则较小。在工程施工期间悬浮物浓度增加10 mg/L的区域最大面积达到0.021 km2,在施工期会对周围的海产品养殖业产生一定的影响;根据泥沙冲淤计算结果分析,在工程北侧与岸线交接处将产生最大淤积厚度,达到0.089 m/年,而在东侧会有一定的冲刷。     

枸杞岛紫贻贝生长状况及其与环境因子关系

针对嵊泗马鞍列岛国家海洋特别保护区内枸杞岛海域开放式浮筏式养殖紫贻贝(Mytilus edulis Linnaeus)生长存在差异[组织干重(0.200±0.017)g]的现象,利用SPSS 16.0统计软件中方差分析和相关性分析对紫贻贝生长及其与环境因子之间关系进行研究。结果表明:水体中叶绿素含量[(15.73±5.724)mg/L]、颗粒有机物(POM)浓度[(5.43±1.092)mg/L]和颗粒有机物与悬浮颗粒物(SPM)比值(0.200±0.057)对紫贻贝生长影响显著(P<0.05)。其中,POM与SPM的比值对紫贻贝生长的影响最大。从水动力角度探究影响POM和SPM分布的原因,使用声学多普勒流速剖面仪(ADCP)对该海域流态进行监测发现,紫贻贝浮筏式吊养设施对该养殖海域水流交换产生重要影响,潮流从表层(L1MAX31.88 cm/s)至底层(L1MAX37.68 cm/s)逐渐增大,且涨落潮迎流面的流速(L1MAX31.88 cm/s,L3MAX35.53 cm/s)大于养殖区内部流速(L2MAX20.21cm/s)。养殖区域内水流的交换影响浮游生物及颗粒有机物等饵料的分布,饵料分布对紫贻贝生长产生影响。养殖区域外围的贻贝生长速度(0.017 g/M)显著高于中间区域的贻贝生长速度(0.011 g/M)。因此,在大规模的贻贝养殖区内,合理规划养殖区块,沿着潮流方向预留相应的通道以改善贻贝养殖区域内部的水交换程度具有重要意义。     

矩形曲面网板水动力性能的数值模拟

拖网网板为网衣提供水平张力,是拖网作业系统非常重要的渔具构件之一。该文利用CFD软件FLUENT研究了展弦比对矩形曲面网板其水动力性能的影响。研究中设计了2种不同展弦比λ的网板,在流速1.54m/s,迎流冲角α=0°~50°时,建立数值水槽进行数值模拟,得到网板的阻力系数Cd、升力系数Cl、俯仰力矩系数Cm和升阻比K,对比不同网板的水动力性能差异。结果表明,1号网板(λ=2.0)与2号网板(λ=1.5)的最大升力系数分别为0.85(α=15°)和0.92(α=42°);最大升阻比分别为9.59和8.35,俯仰力矩系数的绝对值分别为0.013和0.001。可见,展弦比越大,临界冲角和Cl值越小,最大升阻比越高,但稳定性越差。研究结果可为拖网网板的结构优化设计提供参考。     

田间便携式短喉槽的数值模拟

为进一步研究田间便携式短喉槽过槽的水流特性及测流精度,基于临界流原理和RNGk-ε三维湍流模型,利用FLOW-3D软件对喉道宽度为76mm的田间便携式短喉槽在16种工况下的水力特性进行全流场数值计算,获得了时均流场、槽内水流流态、断面流速分布及佛汝德数,并与试验实测值进行对比分析。结果表明:1)模拟流场分布及流态与模型试验情况具有一致性,量测流量范围宽,最大可达40L/s,能够满足田间量水的流量要求;2)水深、断面流速、佛汝德数模拟值与实测值基本吻合,相对误差均小于10%;3)该短喉槽最大水头损失占总水头的12.89%,小于长喉槽最大水头损失占总水头的13%;4)通过回归分析得到了田间便携式短喉槽的上游水深-流量计算公式,其最大测流误差为9.95%,满足灌区量水精度的要求。     

一次雹暴过程的三维数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所建立的完全弹性三维雹云数值模式,模拟了2007年7月25日发生在南京市六合县的一次强雹暴过程,分析了风暴的气流场、雷达回波结构、涡度场和含水量等宏观微物理的分布及其演变。通过将模拟结果与多普勒雷达资料进行对比发现,模拟的雷达回波强度及回波顶高与雷达观测资料基本一致。模拟结果表明,在雹云强盛时期,近地面层是以辐散气流为主,中上层是以辐合上升气流为主,气流在顶端转变方向,形成辐散出流;模拟的高含水量中心,对应着雷达回波图上的强回波中心,出现在上升气流最大区附近,动力场与物质场配合得较好。     

秦皇岛近海赤潮发生的气象条件分析

利用卫星遥感、海岛站、海岸带日照和EC渤海格点等资料,采用同步资料叠加分析,对2004—2013年5—8月出现在河北海区26次赤潮个例进行综合分析.结果表明,气象环境条件是赤潮发生、发展及消亡的新因素,赤潮发生后1~2 d环渤海地区地面维持均压场状态;赤潮发生的主要时间段为6—8月,持续时间7~15 d,最高气温30~34℃,相对湿度78%~88%,平均风速1~2 m/s,日照时数6~8 h;单一的海洋生物、物理、化学因子集成预测赤潮发生的空报次数偏多,叠加气象环境预测因子空报次数明显下降.     

潮汐对长江口南支仔稚鱼种类组成及密度影响

为探讨潮汐对长江口南支仔稚鱼群落的影响,本研究于2017年5月—2018年4月,在长江口南支的南北纵向断面设置两个站位点（St.1:N31°35.500′,E121°20.004′;St.2: N31°33.500′,E121°20.000′）,于每月大潮期间采用大型仔稚鱼网（口径1.3米,网目0.5mm）按潮汐定时昼夜进行“表、中层”水平拖网采样（涨潮采样4次,退潮采样4次）。全年总计拖网384次,共采集到仔稚鱼51,783尾,隶属于11科32种。优势种为：贝氏?（Hemiculter bleekeri）（占总尾数的87.05%）,鲫鱼（Carassius auratus auratus）（占总尾数的3.45%）,翘嘴鲌（Culter alburnus）（占总尾数的3.16%）,子陵吻虾虎鱼（Rhinogobius giurinus）（占总尾数的2.16%）,香?（Repomucenus olidus）（占总尾数的0.01%）。所采集的仔稚鱼发育阶段主要集中在前弯曲期,占总数的95.21%,其次为弯曲期4.54%,后弯曲期0.12%,稚鱼期0.12%,卵黄囊期仅占0.01%。平均密度分析结果表明,长江口南支水域各月平均密度在一定程度上受“涨退潮”影响,涨潮平均密度大于退潮,其中7月涨潮、退潮的平均密度均为全年最高,分别为2609.3尾/1000m3和1316.1尾/1000m3,2月涨潮及1－3月退潮时平均密度最低,均为0.1尾/1000m3。体长分布结果表明,长江口南支贝氏?、鲫、翘嘴鲌、子陵吻虾虎、香?五个优势种的体长分布均不同程度的受潮汐、昼夜、表中水层变化影响,除子陵吻虾虎鱼外,其余4种仔稚鱼的体长分布均表现为夜间高于白天,五种仔稚鱼的年间分布均表现出了明显的月间变化。发育阶段分析结果表明,除前弯曲期外,5个优势种均表现出在退潮时弯曲期仔稚鱼的平均密度高于涨潮时,退潮时后弯曲期仔稚鱼低于涨潮时。生态类型分析结果表明,淡水、半咸水、近海三种生态类型的鱼类在涨潮时的总体捕获量均大于退潮时。相关性分析结果表明,溶氧量、温度与平均密度之间存在显著相关性,盐度与平均密度之间无显著相关性。     

3D LiDAR感知的植物行信息提取方法与试验

目的 针对林间或冠层下等卫星信号严重遮挡的区域，提出一种面向农业机器人导航环境感知的低成本3D激光雷达(LiDAR)点云信息处理与植物行估计方法。方法 利用直通滤波器滤除感兴趣区域外的目标无关点；提出均值漂移聚类、扫描区域自适应的方法分割每棵植物主干，垂直投影主干点云估算中心点；利用最小二乘法拟合主干中心，估计植物行。分别在开阔地的仿真果园与水杉树林进行模拟试验与田间试验，以植物行向量与正东方夹角为指标，计算本研究提出的方法识别的植物行信息与GNSS卫星天线定位测得的植物行真值间的角度误差。结果 采用提出的3D LiDAR点云信息处理与植物行估计方法，模拟试验和田间试验对植物行识别误差平均值分别为0.79°和1.48°，最小值分别为0.12°和0.88°，最大值分别为1.49°和2.33°。结论 车载3D LiDAR能够有效估计水杉树植物行。该研究丰富了作物识别思路与方法，为无卫星信号覆盖区域的农业机器人无图导航提供了理论依据。     

渤海中南部海域浮游动物群落结构及其与环境因子的关系

为探究渤海中南部海域浮游动物群落结构及其与环境因子的关系,于2018年5月和9月对渤海中南部海域进行了2个航次的浮游动物调查,并应用冗余分析(RDA)研究环境因子对浮游动物群落结构的影响。结果显示,共鉴定浮游动物39种,隶属8类。5月鉴定浮游动物22种,第一优势种为中华哲水蚤(Clalnus sinicus),9月鉴定29种,第一优势种为强壮箭虫(Sagitta crassa)。调查海域Shannon-Wiener多样性指数均值为2.01,均匀度指数均值为0.61,物种丰富度指数均值为1.05。5月调查海域浮游动物丰度均值(2371.8ind/m_³)高于9月(231.2 ind/m_³)。空间分布上,从5月到9月,浮游动物丰度高值呈现从中部向南部移动的特点。冗余分析结果表明,水温、溶解氧、叶绿素a、盐度和化学需氧量是影响该海域浮游动物群落结构的最主要因子。     

陇东旱塬地区冬小麦水肥效应耦合模拟研究

采用无底铁框作微区,选择冬小麦生育期降水量(P)和施氦量(N)进行水肥效应模拟研究,得出冬小麦产量(Y)与降水量和施氮量的关系为Y=2505.6713+5.3422N-0.0251N²+24.3482P-0.0325P²+0.0074NP.水肥耦合方程为N_c=73.4805+0.2325P.当降水量由160mm增至400mm时,最高产量由5993.93kg/hm²提高到7710.39kg/hm²,最高产量施氮量Nmax由126.51kg/hm²增至165.48kg/hm²,经济施氮量N_opt由78.60kg/hm²增至107.12kg/hm²,N_c值则由110.55kg/hm²增至166.50kg/hm².在降水量小于400mm时有N_opt < N_c < N_max成立,且N_opt与N_c差值较大,说明旱塬地区单以经济施氮量为施肥标准不能充分发挥降水的增产潜力.提出了以上壤水肥宏观调控的原则,编制出陇东旱塬地区冬小麦合理施肥的方案.     

厄尔尼诺和拉尼娜事件下西北太平洋柔鱼栖息地时空分布差异

柔鱼（Ommastrephes bartarmii）是短生命周期头足类,其栖息地受气候和环境因子的调控。本文基于2006—2015年9—11月西北太平洋36o—48oN,150o—170oE海域内柔鱼的生产捕捞数据结合关键环境因子海表温度（SST）和海面高度距平（SSHA）,构建了SISST和SISSHA（suitability index,SI）各月不同权重的栖息地指数模型（HSI）,按照模型性能验证并筛选出每月最优模型。此外,利用最优模型预测柔鱼栖息地适宜性,并比较不同ENSO事件下柔鱼栖息地时空分布的差异性,评估生境质量与柔鱼资源丰度与分布的关系。结果显示,9-11月对应最优HSI模型的SISST和SISSHA权重比例分别为：9月为[0.9 0.1],10月为[0.7 0.3],11月为[0.8 0.2],可以看出SST各月贡献最高,表明水温对柔鱼栖息地时空分布的影响最为关键。基于最优模型对比分析厄尔尼诺年份（2009和2015年）与拉尼娜年份（2007和2011年）柔鱼的生境质量、资源丰度和渔场纬度重心,可知,相对于厄尔尼诺事件,拉尼娜事件的发生有利于柔鱼的生存,促使其适宜生境范围扩大,产量提升,柔鱼偏好的水温向北移动驱使渔场位置同样北移。     

“21世纪海上丝绸之路”航线船舶压载水浮游植物群落特征

2015年4月至2016年7月采集了停泊于上海洋山港的9艘"21世纪海上丝绸之路"航线船舶压载水水样,压载地隶属于中国南海区、阿拉伯海区、红海区和地中海区。对其浮游植物的种类组成和丰度进行了分析,共检出压载水中浮游植物30种,隶属于4门18属。其中硅藻门12属21种,甲藻门4属7种,蓝藻门和绿藻门各1种。各船舶压载水中浮游植物种类数变化范围为2~7种,优势种为星形明盘藻(Hyalodiscus stelliger)、具槽直链藻(Melosira sulcata)、中肋骨条藻(Skeletonema costatum)和具尾翅甲藻(Dinophysis caudata),其中具尾翅甲藻出现频率最高。春季压载于香港港的样品中浮游植物丰度最高,为(3.983±1.695)×103cells/L;夏季压载于新加坡港的样品中浮游植物丰度最低,为(0.317±0.347)×103cells/L。此外鉴定到赤潮藻13种,包括3种有毒藻类,分布于8艘船舶压载水中。结果显示,来自中国南海区的压载水样品中浮游植物种类数和丰度较其他海区高,4个海区的压载水均具有潜在的生物入侵风险,若部分赤潮藻种随压载水排入洋山港区,赤潮发生潜在风险增大,进而危害当地海域的生态环境。