EQUATORIAL TRAPPED WAVES IN THE MEAN STATE WITH SLOW VARIATION： INHOMOGENOUS EQUATORIAL DUCT

The effects of zonally varying mean state of equatorial Pacific on planetary equatorial trapped waves were analytically investigated. A WKB approximation was used with the slow zonal variation hypothesis, acceptable in the context of equatorial trapped low-frequency variability, and a working space transformation was made to turn the meridional trapped low-frequency variability, and a working space transformation was made to turn the meridional mode equation into the Webe~Hermite equation in the new space. The inhomogeneous equatorial wave duct was proposed and the theoretical results were compared with observation. It matches the real state of the equatorial Pacific to a certain degree.     

半圆弯拉下岩石内裂纹扩展规律数值模拟研究

岩石内部固有缺陷的存在和扩展是导致其断裂的重要因素,半圆弯拉试验是该领域的重要实验。为研究半圆弯拉下含三维内裂纹试件扩展路径及断裂特性,基于Franc3D有限元自适应网格划分技术开展含三维内裂纹SCB试样数值模拟,结果表明:(1)基于Franc3D软件的三维裂纹扩展与室内试验具有较好的一致性,该软件是三维裂纹数值模拟的重要工具。(2)通过M积分得到裂纹尖端应力强度因子,分析得出对称加载模型为K_Ⅰ与底部加载跨距呈正相关的Ⅰ型断裂模式;非对称加载模型中出现复合断裂模式,随着右侧加载跨距的增加,K_Ⅰ先降低再升高,K_Ⅱ及K_Ⅲ先变化至0,再逐渐升高。(3)基于最大拉应力准则得到裂纹扩展路径,对称加载模型在I型断裂模式下进行平面扩展后破坏,非对称加载模型出现复合断裂模式,伴随翼型起裂并扩展至破坏。(4)定量分析对称加载模型裂纹内部扩展规律得出,裂纹下端扩展速率最大,上端扩展速率最小。     

海陆温差指数与我国华北地区降水的相关性分析

选取中国东部边缘海(渤海、黄海、东海)与我国华北地区20个站点的气温构建海陆温差序列,通过相关性分析的方法探讨三大海域海陆热力差异与华北地区降水的相关性,并利用海温或海温差定义的北极涛动(AOSST)和北太平洋涛动(NPOSSTD)分析其与华北地区降水的相关性,直接描述海气系统对我国华北地区气候的影响。结果表明:(1)华北地区降水对不同海域海陆温差的响应有所差异,其相关性非常显著,相关系数最高可达到0. 77。超前和滞后的相关系数明显高于同期相关系数,且超前和滞后的相关系数相差不大,并表现出相同的正负相关性,对应的月份形成12个月的周期变化。(2)涛动指数与三大海域海陆温差的相关性形成12个月的周期,但是SOI和Nino3. 4与三大海域海陆温差的相关系数很低,说明ENSO的发生通过其他的物理因素间接地影响我国的降水。(3) AOSST和NPOSSTD与华北地区降水的相关性与海陆温差相比没有提高,说明海洋上的大气环流与陆地的气候变化是相互影响的,其中通过中国邻近海域与陆地的热力差异可更准确地描述我国华北地区气候的变化。     

饱和度对横观各向同性准饱和多孔介质中弹性波传播的影响

基于Biot两相孔隙介质理论，研究了饱和度对横观各向同性准饱和介质中弹性波传播的影响。横观各向同性双相多孔介质中存在4种不同波速的平面体波：第一准纵波(QP1)、第二准纵波(QP2)、准横波(QSV)和反平面横波(SH)，文中分别研究了不同饱和度下这4种波的波速、衰减和频散，结果显示，饱和度的变化对弹性波的传播有显著影响。文中把数值计算结果用图表形式列出，并试图从理论上对结果进行深入的探讨，得到一些有益的结论。     

单相与多相介质中弹性波波速相关问题对比研究

从单相介质到双相及三相多孔介质，通过研究Rayleigh波波速与体波波速之间的关系，得到了三种介质下半空间表面Rayleigh波存在所需满足的条件，以及分析了其理论求解过程之间的联系与差异。对由两种不同定义式得到的平面弹性波传播速度进行了理论分析，并以双相多孔介质为例，通过数值计算直观地对两者进行了比较，结果表明：（1）对于快纵波（P1）、剪切波（S），两种传播速度随频率的变化曲线（即弥散曲线）重叠；（2）对于慢纵波（P2）、Rayleigh波，两条弥散曲线分离，两种传播速度在数值上存在一定差异；（3）两者随频率的变化趋势基本一致。弹性波波数虚部与实部的比值的数值计算结果验证了上述结论。     

Bifurcation of the North Equatorial Current derived from altimetry in the Pacific Ocean

1. INTRODUCTION In the western North Pacific, the North Equatorial Current (NEC) bifurcates into the northward flowing Kuroshio and the southward flowing Mindanao Current as it encounters the Philippine coast[1-3]. The bifurcation latitude has direct infl…     

THE INTRUSION AND INFLUENCES OF INTRASEASONAL LONG ROSSBY WAVES IN THE EAST CHINA SEA

The analysis of sea level data from tide stations and ocean general circulation model (OGCM) shows that the intraseasonal long Rossby wave results in the intraseasonal variations of Kuroshio axis and transport in the upper reaches of the Kuroshio in the East China Sea (ECS). Due to the transport modulation induced by Ryukyu Islands, the intraseasonal variation is very weak in the lower reaches of the Kuroshio in the ECS. A two-layer model reveals the relation among Kuroshio frontal unstable wave with topography,transport and the axis position of the Kuroshio, from which we can infer that the intrusion of intraseasonal long Rosshy wave may stimulate the Kuroshio frontal unstable wave in the upper reaches of the Kuroshio in the ECS. The altimeter data also shows that the sea level anomaly resulting from intraseasonal long Rossby wave could pass the channel between Taiwan and Ryukyu Islands and propagate northeastward in accord with the Kuroshio frontal unstable wave. However, the sea level anomalies passingIslands are relative weak and Kuroshio variation.through the gaps of Ryukyu have negligible effects on the Kuroshio variation.     

移动边界的有限体积KFVS方法在一维溃坝波计算中的应用

本文从Boltzmaun方程出发,采用有限体积KFVS（Kinetic flux-vector splitting）方法,对微观粒子的速度分布进行组合,给出了模拟河道洪水演进时干湿交界处移动边界的一种新方法。并成功地模拟了大坝下游为干河道的一维溃坝模型,通过和精确解的比较得出,此方法在处理河道移动边界问题上是成功和有效的。     

饱和土层中瑞利波的传播特性

本文基于Biot提出的饱和多孔介质的弹性波动方程，导出饱和土层中瑞利波弥散特征方程，并由此分析了瑞利波的弥散特性和位移分布规律。结果表明，饱和土(有渗流)的瑞利波弥散曲线与饱和封闭系统(无渗流)相差很小，可利用饱和封闭系统情况来研究和分析饱和土中瑞利波特征以及现场所测瑞利波弥散曲线。饱和土层中瑞利波的有效传播深度约为1.5倍波长。     

不同静应力作用下砂岩应力波波速及幅值衰减规律

为研究轴向应力对大长径比砂岩中应力波传播特性的影响,利用动静组合加载试验装置,对砂岩进行了小扰动冲击试验,研究了轴向应力对砂岩中应力波波形、纵波波速、应力波幅值衰减规律的影响。研究表明:同一轴向应力下,不同测点的应力波波形变化不大,而轴向应力的改变对应力波波形变化影响较大;存在轴向应力时,应力波中同时出现压缩波和拉伸波,且轴向应力越大,拉伸波越长;轴向应力对纵波波速变化影响较大,波速与轴向应力呈线性变化,而与传播距离呈指数函数衰减;轴向应力对幅值变化有明显影响,随着传播距离增加,应力波起跳时间点逐渐滞后,应力波幅值呈不同程度的衰减,这与波携带的能量被砂岩中孔隙吸收程度有关。结果表明轴向应力通过改变砂岩密度进而影响了应力波传播特性。     

多向聚焦破碎波的实验研究

该文采用两种不同频谱形式(等波陡和等波幅)、不同水深,通过波浪聚焦的方法在水池中产生多向聚焦波和破碎波,实验研究了破碎波的波面特性、破碎波的破碎指标及传播过程中的频谱变化,结果表明频谱形式、水深及方向分布对破碎波浪特性有明显的影响;波浪传播过程中频谱高频部分有明显的变化;波浪破碎过程中的能量损失主要来自波浪频谱高频部分。     

曲线坐标系下波浪传播的数学模型及其比较与验证

引入自适应网格技术,建立了曲线坐标系下考虑能耗影响的缓变水深水域波浪传播的数值模拟模型,通过在模型中引入能量耗散项以更好地处理全透射边界。基于原型缓坡方程,完善了等水深的轴对称双导堤水域内波浪传播的精确解表达式及其计算结果;提供了等水深的环形河道水域内较为详细的精确解。在极坐标系下就等水深的轴对称双导堤水域内波浪的传播,推导了缓坡方程的小角度抛物近似模型的解析解表达式。就上述两水域内波浪传播的数值模拟模型的数值解、抛物近似模型的解、精确解进行了详细比较,说明数值解与精确解相吻合、数值模拟模型比小角度和大角度抛物近似模型具有更高的精度。数值模拟模型能较好地模拟水深复杂变化的地形上波浪的传播,能有效反映波浪传播过程中的多种物理现象。     

三峡出库流量日调节模式驱动的重力波问题

受三峡电站昼夜发电负荷不均的影响,三峡出库流量呈显著的日调节模式,驱动坝前水位以重力波形式在库区传播,对水库水动力特征产生着影响,但针对该重力波的生成和传播机理仍待研究。文中基于2018年1—10月三峡水库的出入库流量和库区多个站点上的水位等实测资料,分析了日调节模式下三峡水库坝前重力波的生成机理及其在库区430 km范围内的传播特征。主要研究结论包括:(1)坝前日调节重力波生成时,其振幅与昼夜下泄水量差成正比,与库区背景水位成反比,文中给出了相应的坝前水位振幅估算公式;(2)在河道底摩擦、断面形状沿程变化、干支流入流等多方面因素影响下,日调节重力波在坝前430 km范围内,其振幅呈现先减小后增大的趋势,其滞后相位沿程逐渐增加,且振幅和相位沿程变化特征受库区背景水位影响显著。     

饶河流域洪水极值变化特征及影响因素分析

利用饶河流域主要控制站渡峰坑和虎山水文站1953~2016年实测最大洪峰流量序列,采用MannKendall检验法和小波分析等方法,对饶河洪水极值流量的趋势性、突变性及周期性进行了分析,并探讨了洪水极值流量变化与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、北大西洋涛动(NAO)、太平洋-北美型(PNA)、东亚夏季季风指数(EASMI)、南中国海夏季季风指数(SCSMI)、太阳黑子(SS)等15个气候指标之间的相互关系。结果表明:(1)渡峰坑站年最大流量总体上呈不显著增加趋势,虎山站年最大流量总体呈不显著减少的趋势;虎山站年最大流量在1964年和1999年前后发生了突变,1964年后最大洪峰流量发生了由减少到增加的突变,而1999年后则发生了由增加到减少的突变,渡峰坑年最大洪峰流量在2007年前后发生了由减少到增加的突变。(2)渡峰坑及虎山站年最大洪峰流量系列均存在2~8 a的短振荡周期、14 a左右的中振荡周期以及超过20 a的长振荡周期,且以长振荡周期为主周期。(3)年最大流量系列与EASMI、SCSMI、NOA、PNA和SS存在显著相关性,且均表现为显著负相关。     

NUMERICAL SIMULATION OF PROPAGATION AND BREAKING PROCESSES OF A FOCUSED WAVES GROUP

A two-dimensional numerical wave flume is developed to study the focused waves group propagation and the consequent breaking processes. The numerical model is based on the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations, with the standard k-ε turbulence model to simulate the turbulence effects. To track the complicated and broken free-surface, the Volume Of Fluid (VOF) method is employed. The numerical model combines the "Partial Cell Treatment (PCT)" method with the "Locally Relative Stationary (LRS)" concept to treat the moving wave paddle so that various waves can be generated directly in a fixed Cartesian grid system. The theoretical results of the linear and nonlinear waves are used to validate the numerical wave flume firstly, and then a plunging breaking wave created by a focused waves group is simulated. The numerical results are compared to the experimental data and other simulation results, with very good agreements. The turbulence intensity, the flow field and the energy dissipation in the breaking processes are analyzed based on the numerical results. It is shown that the present numerical model is efficient and accurate for studying the waves group generation, the waves packet propagation, and the wave breaking processes.     

汊道平面形态对河口潮波传播的影响

河口平面形态对于潮波运动有着明显的影响,特殊的河口汊道平面形态会使得潮波传播出现复杂的特征,从而造成一些河口独特的水位分布状态。本文的研究以河口分汊汊道为例,利用Delft3D建立一系列潮汐河口分汊理想数学模型,通过各个模型河口汊道平面形态的概化设置,探讨了不同汊道弯曲以及宽度收敛等平面形态特征对潮波传播过程的影响,阐明潮汐河口汊道平面形态特征对径潮动力状态的影响机制。研究表明汊道宽度收敛效应是河口潮波传播过程产生变化的主要原因,宽度收敛效应通过调整摩阻项及压力梯度项之间的动量平衡过程增强了潮波传播。     

无粘沙质床面上冲积性河湾形成和演变规律自然模型试验研究

基于雷诺方程和有限体积法建立了描述弯道水流运动的三维数学模型,并利用室内物理模型试验进行验证,验证结果表明,数学模型能够较好地模拟弯道内水流的流速分布以及湍流特征。以验证后的模型为工具,对具有不同平面形态和床面形态的弯道中的水流运动进行了模拟,模拟结果表明：弯道中浅滩和深槽相间的地形起伏加剧了断面流速分布的不均匀性,同时使得水流动力轴线更加偏向凹岸,流速的沿程变化也较平整床面更为复杂;另外,与对称型河弯（正弦派生曲线型）相比,非对称河弯（Kinoshita派生曲线型）中在两弯顶中间存在较多的低流速区,有利于泥沙的落淤,而对岸流速一般较大,形成河岸的快速崩退,这能够从一个侧面解释非对称河弯向下游方向整体的快速迁移。     

波浪荷载对半圆型潜堤作用的数值分析

基于动量源数值造波原理,运用Fluent软件模拟了半圆型潜堤表面波压的分布及变化规律,采用π定理分析了波陡、水深及波长对半圆型潜堤表面波浪力的影响,并通过统计潜堤表面各点所受压力（最大波压力与最小波压力的差值）最大值的分布,给出了半圆型潜堤表面压力最大值出现的位置及概率.分析结果表明,在水深较深时,波陡的改变会使波压力在堤顶至背浪侧发生明显变化;水深波长比的改变,会引起半圆堤两侧波压力不同的变化;波压力的最大值一般发生在堤顶处及其偏向背浪侧附近;半圆堤面上的动波压力最大值主要出现在两侧堤脚附近,随着波高的增加,堤面上各点的动波压力由近似对称分布向两侧受力不同转变.     

Multivariate Drought Frequency Analysis using Four-Variate Symmetric and Asymmetric Archimedean Copula Functions

In drought frequency analysis, as the number of drought variables increases, the joint behavior between these variables needs to be studied. Therefore, this study aims to develop a flexible four-variate joint distribution function of the regional stochastic nature of drought. Using run theory, drought duration, severity, peak, and inter-arrival time were abstracted from the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) aggregated at six months, observed in mainland China between 1961 and 2013. As these drought variables showed significant dependence properties and followed different marginal distributions, we employed and compared six four-variate symmetric and asymmetric Archimedean copulas (i.e., Frank, Clayton, Gumbel–Hougaard). The best-fitting model for each region was carefully selected using RMSE, AIC, and BIAS goodness-of-fit tests. Results revealed that the empirical and theoretical probabilities of the symmetric Clayton in regions NE (Northeast), CS (Central and Southern China), EMC (Entire China), and symmetric Frank in regions NC (North China), SC (South China), IM (Inner Mongolia), NW (Northwest), TP (Tibet Plateau) agreed well. Symmetric Frank copula was considered the best-fit for station-based drought analysis in EMC. Based on these copulas, the drought probabilities and return periods for the occurrence of drought events over the next 5, 10, 20, 50, and 100 years in each region were hereby comprehensively explained, and the results shown here could be helpful in the appraisal of the adequacies of water supply systems under drought conditions in all regions. This study showed that a four-variate copula approach is a vital tool for probabilistic interpretation of hydrological and meteorological data in the different climatic region of mainland China.

     

断波及其在上荆江河段传播特性研究

三峡水库投入运行后,其下游荆江河段洪水传播特性发生了一系列变化,主要表现为洪水传播时间明显缩短。通过建立荆江河段水力学模型,对比分析不同类型洪水波的水力要素,模拟分析水库不同泄流条件时洪水波传播特性,揭示了水库调度对洪水波的影响规律。研究表明:洪水在荆江河段传播时间缩短的主要原因是洪水波波型的改变;当三峡水库下泄流量在较短时间内出现较大变化时,洪水波在荆江河段不同范围、不同程度地表现为断波特性;相同条件时,断波流量越大、维持时间越长,以断波特性向下游演进的距离越远,洪水传播时间缩短现象越明显。