渤海WAVEWATCH Ⅲ■不同海冰模型的模拟结果比较

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作者 刘东昂 管长龙 孙建 《中国海洋大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期12-18,共7页

渤海是中国主要的海冰存在区域,同时渤海地区也是我国的经济重心,海上交通发达,经济活动频繁。海冰的存在对于海上波浪情况会产生重要的影响。随着渤海海冰范围的缩减,包括航运和海上建设在内的经济发展也在持续增加,这需要可靠的波浪... 渤海是中国主要的海冰存在区域,同时渤海地区也是我国的经济重心,海上交通发达,经济活动频繁。海冰的存在对于海上波浪情况会产生重要的影响。随着渤海海冰范围的缩减,包括航运和海上建设在内的经济发展也在持续增加,这需要可靠的波浪和海冰预测来应对这种不断变化的环境,同时对经济活动影响最重大的海冰边缘区的波浪模拟变得越来越重要。本文使用WAVEWATCH Ⅲ■不同海冰模型对渤海的海浪进行了模拟,并研究比较了不同海冰模型的差异。研究发现,在海冰模型中,其IC0和IC1均不是真实的理论模型,它们不具备模拟海冰覆盖海域下海浪的能力。IC2和IC3为理论模型,其衰减率随着频率变化,并且可以对高频部分进行有效的衰减,同时在低频区域的衰减率也处于合理的范围,而IC0与IC1则无法做到。针对海冰覆盖海域的海浪模拟,应首选IC2或IC3,同时根据实地海冰的情况来确定参数。 展开更多

关键词 WAVEWATCHⅢ 海冰模型 波浪衰减 波浪模拟 模型比较

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基于热力学过程的渤海海冰生消模型 被引量：8

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作者 王昆 刘潘 +2 位作者 金生 王年斌 于喆 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期116-123,共8页

为了对渤海海冰生消问题进行模拟,基于三维自由水面垂向分层动网格的Euler-Lagrangian模式,采用VC(Vertex-Centered)方式的非结构化有限体积方法离散三维浅水方程组,模拟渤海的水流运动过程。以此水动力场为背景,引入热力学过程的影响,... 为了对渤海海冰生消问题进行模拟,基于三维自由水面垂向分层动网格的Euler-Lagrangian模式,采用VC(Vertex-Centered)方式的非结构化有限体积方法离散三维浅水方程组,模拟渤海的水流运动过程。以此水动力场为背景,引入热力学过程的影响,对渤海海域的冬季结冰过程进行模拟,建立了海冰生消模型。其中热力学参数主要包括大气温度、相对湿度、风场特征、太阳辐射、感热通量系数以及潜热通量系数。以渤海2011/2012年常冰年的结冰过程为例,将各个热力学参数对冰情影响的敏感性进行分析,对模型进行了验证。结果表明,感热与潜热系数是对冰情影响最敏感的一项,即当感热和潜热通量系数仅减小了0.000 2后,其海冰的最大厚度就减小了15 cm。最后,通过连续实测的水动力数据与2009/2010年冬季的典型海冰灾害过程再一次对模型进行了验证,充分说明了模型具有较高的精确性、稳定性与实用性。 展开更多

关键词 渤海 三维 Euler-Lagrangian模式 热力学过程 海冰生消模型

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基于海冰JH-2模型的极地邮轮冰−船碰撞性能模拟分析 被引量：6

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作者 童宗鹏 叶林昌 +2 位作者 夏兆旺 薛斌 曹锐 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2021年第5期87-94,共8页

[目的]极地邮轮在极地航行中与海面浮冰发生碰撞时,会影响船上旅客的舒适性和船舶的安全性。[方法]基于JH-2模型建立海冰的力学模型,通过平滑粒子伽辽金−有限元耦合方法(SPG-FEM)研究极地邮轮与海冰的碰撞性能,结合海冰的等效应力和等... [目的]极地邮轮在极地航行中与海面浮冰发生碰撞时,会影响船上旅客的舒适性和船舶的安全性。[方法]基于JH-2模型建立海冰的力学模型,通过平滑粒子伽辽金−有限元耦合方法(SPG-FEM)研究极地邮轮与海冰的碰撞性能,结合海冰的等效应力和等效塑性应变研究碰撞过程中海冰的破坏模式。[结果]结果表明:对于厚度为1.6 m的海冰冰层,极地邮轮与冰层撞击过程中海冰不会出现大的裂纹扩展现象,而只在与船艏直接接触的小范围内发生破坏;在靠近极地邮轮船艏两侧的非直接碰撞区域的海冰出现了局部应变。[结论]研究结果可为极地邮轮乘客的舒适性和船舶的安全性设计提供技术支撑。 展开更多

关键词 极地邮轮 冰载荷 冰−船碰撞 海冰模型 舒适性

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基于声场模型的北极冰下扩频通信性能研究 被引量：4

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作者 刘崇磊 尹力 +1 位作者 普湛清 黄海宁 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期255-264,共10页

北极冰下具有稳定的正梯度声速结构,导致声波与海冰表面频繁交互,造成声能散射、吸收和衰减,使得冰下声信道具有有限的带宽和时变、衰落的多途结构,对冰下稳健的声信息传输带来了挑战。提出了一种基于声场模型的北极冰下扩频通信技术。... 北极冰下具有稳定的正梯度声速结构,导致声波与海冰表面频繁交互,造成声能散射、吸收和衰减,使得冰下声信道具有有限的带宽和时变、衰落的多途结构,对冰下稳健的声信息传输带来了挑战。提出了一种基于声场模型的北极冰下扩频通信技术。使用OASES模型和Bellhop模型预测声场能量的空间分布,充分利用声能的会聚现象,将接收阵列布放在能量会聚区域。利用扩频通信良好的抗多途和抗噪声性能,结合Rake接收和空间分集技术,提高冰下声信息传输的性能。经中国第7次北极科学考察扩频通信实验证明,基于声场模型的扩频通信技术在北极冰下声信息传输中获得了良好的通信性能,且研究成果具有一定的科研和应用价值。 展开更多

关键词 海冰模型 水声信道 扩频通信 分集技术

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海冰与波流耦合动力学的研究进展 被引量：6

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作者 倪宝玉 曾令东 +1 位作者 熊航 吴其远 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期641-654,共14页

随着全球气候变暖,北极活动频次的逐渐增加,海冰与波流的耦合作用成为了国内外的热点研究问题.海冰的存在会改变波浪的传播特性和色散关系,也会改变海流运动的边界条件,使得海流在冰面下边界处可能产生漩涡脱落等现象;而海冰在波浪、海... 随着全球气候变暖,北极活动频次的逐渐增加,海冰与波流的耦合作用成为了国内外的热点研究问题.海冰的存在会改变波浪的传播特性和色散关系,也会改变海流运动的边界条件,使得海流在冰面下边界处可能产生漩涡脱落等现象;而海冰在波浪、海流等动力作用下,也会不断发生生消、断裂、重叠和堆积等动力学行为.海冰与波流耦合动力学中存在几大难点问题:一是海冰模型的构建,需要针对海冰类型和性质的不同,考虑不同区域的海冰分布情况建立合适的海冰模型.二是冰水之间的耦合问题,海冰边界影响着冰水之间的动量和能量交换,对于冰盖、浮冰等不同类型海冰,需分别处理边界问题;冰水耦合引起的海冰破坏,其破坏模式也是多样的.三是波流联合场的构建,目前尚无较好的方法构建波流联合场,导致海冰与波流联合场作用的相关研究仍极其匮乏.因此,本文针对海冰与波流相互作用问题,回顾和讨论国内外对海冰与波浪、海冰与海流及海冰与波流相互作用的研究现状和技术难点,展望了未来可以进一步深入研究的问题,提出了初步的思路以供参考. 展开更多

关键词 海冰 波浪 海流 耦合作用 海冰模型

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基于时空本体的数据库模型 被引量：1

6

作者 陈新保 Li Songnian 朱建军 《地理与地理信息科学》 CSSCI CSCD 北大核心 2010年第5期1-6,共6页

构建时空本体的出发点是它能显式地表达地理时空数据所蕴含的学科感知知识,能有效实现不同学科间的信息共享。该文从本体论的角度,对动态变化的地理现象和事物概化,并归纳为时空对象本体、时空事件本体和时空过程本体;从数据库的实现角... 构建时空本体的出发点是它能显式地表达地理时空数据所蕴含的学科感知知识,能有效实现不同学科间的信息共享。该文从本体论的角度,对动态变化的地理现象和事物概化,并归纳为时空对象本体、时空事件本体和时空过程本体;从数据库的实现角度,对三类本体进行增强型语义描述、概念化模型图论、元组表达和语义增强型查询。该模型注重描述和表达地理现象和事物的动态变化,也注重描述变化成因。最后,应用该模型研究海冰变化,以验证模型的实用性。 展开更多

关键词 时空本体 时空对象本体 时空事件本体 时空过程本体 海冰本体模型

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海冰对海浪影响研究综述 被引量：1

7

作者 管长龙 李静凯 刘庆翔 《海洋科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期594-604,共11页

受全球气候变化的影响,极区海浪尤其是北极海浪在过去几十年发生了显著的变化,使得海冰边缘区海冰与海浪的相互作用愈发显著。本文从物理海洋学的角度出发,较系统地总结了海冰对海浪作用研究的国内外现状,从理论和实测的角度分别探讨了... 受全球气候变化的影响,极区海浪尤其是北极海浪在过去几十年发生了显著的变化,使得海冰边缘区海冰与海浪的相互作用愈发显著。本文从物理海洋学的角度出发,较系统地总结了海冰对海浪作用研究的国内外现状,从理论和实测的角度分别探讨了海冰对海浪能量的耗散及其引起的波动频散关系的变化,同时分析了当前海冰覆盖海域海浪的数值模拟与现场观测研究,指出了未来开展有冰海域海浪数值模拟与预报所面临的主要问题,并对该方向今后的研究做出展望。总体来看,尽管海冰对海浪作用的机理复杂且与海冰类型高度相关,但是海冰对海浪能量的衰减与传播距离基本呈指数关系,并且海冰会一定程度上影响海浪的传播速度。未来依然需要更多不同海冰类型下海浪的观测数据以开展进一步的机理分析、模型检验和参数校准,进而实现高精度的业务化预报。 展开更多

关键词 海冰对海浪的作用 海浪能量衰减 波动频散关系 海冰波浪模型 冰区海浪数值模拟 冰区海浪观测

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渤海海域冰水共存期的波能流密度推算 被引量：3

8

作者 张娜 王立涛 +5 位作者 耿姗姗 张庆河 尤再进 李帅 许宁 许钊 《海洋与湖沼》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期981-989,共9页

为给寒区海域的波浪能估算提供科学依据,提出一种合理推算冰水共存海域波浪条件及波能流密度的方法,该方法将海冰模型与水动力学模型耦合模拟得到的冰浓度以线性修正函数的方式纳入波浪模型的海面摩阻风速方程中,并基于MCT(model coupli... 为给寒区海域的波浪能估算提供科学依据,提出一种合理推算冰水共存海域波浪条件及波能流密度的方法,该方法将海冰模型与水动力学模型耦合模拟得到的冰浓度以线性修正函数的方式纳入波浪模型的海面摩阻风速方程中,并基于MCT(model coupling toolkit)耦合器将海冰模型、水动力学模型与波浪模型进行实时耦合。基于该方法模拟了渤海冬季寒潮大风期间的海冰以及波能流密度的演化。模拟结果表明,在2012年2月5~8日寒潮大风期间,结冰区域占到渤海总面积的1/3,约有76%的渤海海域的平均波能流密度受海冰影响减小,其中辽东湾近岸的波能流密度平均受冰影响最多减小了100%,而渤海湾和莱州湾近岸受冰影响最多分别减小了60%和50%。即使是无冰覆盖的老铁山水道,其波能流密度的最大值也受冰影响减少了14%。耦合模拟可以更为准确地对渤海冬季的波能流密度分布进行评估,为波浪能发电厂选址提供依据。 展开更多

关键词 渤海 海冰模型 SWAN模型 FVCOM模型 MCT耦合器 海面摩阻风速 实时耦合 波能流密度

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复杂海况下风力发电机建模与动态特性仿真分析 被引量：3

9

作者 贾文强 金鑫 +1 位作者 李浪 唐帅 《重庆大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期37-44,共8页

考虑到海上风力发电机可能会受到冰载荷的影响,将随机冰力函数模型添加到风力发电机模型中,利用莫里森方程模拟海浪作用,建立复杂海况下多体动力学联合仿真模型,进行多场耦合作用下的风力机动力学特性分析,以此评估风力机系统在复杂工... 考虑到海上风力发电机可能会受到冰载荷的影响,将随机冰力函数模型添加到风力发电机模型中,利用莫里森方程模拟海浪作用,建立复杂海况下多体动力学联合仿真模型,进行多场耦合作用下的风力机动力学特性分析,以此评估风力机系统在复杂工况下的运行风险。结果表明:风力机塔顶位移的波动主要受风载的影响;波浪、海冰对塔基载荷性能影响较大,会使塔筒产生持续振动并引发疲劳破坏,风冰联合作用时振动更为剧烈;由于海冰的持续撞击作用会使塔基载荷普遍大于无海冰作用情形,因此,针对海冰工况下风力发电机的设计要有所修正及完善。 展开更多

关键词 海上风力机 波浪载荷 海冰模型 多体动力学 塔筒

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北极冰下双轴声道传播特性研究 被引量：21

10

作者 刘崇磊 李涛 +1 位作者 尹力 黄海宁 《应用声学》 CSCD 北大核心 2016年第4期309-315,共7页

本文利用第六次北极科学考察的所得的楚科奇海温盐深数据,开展了北极海域声传播特性研究。通过引入Diachok海冰散射模型,将海冰界面模拟为无限椭圆形半圆柱体在自由界面的随机分布,利用Twersky散射理论计算了海冰的反射系数。使用简正... 本文利用第六次北极科学考察的所得的楚科奇海温盐深数据,开展了北极海域声传播特性研究。通过引入Diachok海冰散射模型,将海冰界面模拟为无限椭圆形半圆柱体在自由界面的随机分布,利用Twersky散射理论计算了海冰的反射系数。使用简正波中的KRAKENC模型,结合海冰参数,进行了传播损失仿真分析。研究表明,北极的双声道波导中表面声道的传播特性与声源频率和收发深度紧密相关。深海声道与北极典型声速结构的传播特性一致,具有频率选择特性,在20 Hz左右时传播特性较为理想。此外,在远程传播时,深海声道的传播特性要优于表面声道。 展开更多

关键词 北极声学 海冰散射模型 简正波 传播损失

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基于FEM/SPH耦合方法的极地运输船舶冰阻力预报研究 被引量：3

11

作者 王志鹏 郝寨柳 +1 位作者 田于逵 吴宝山 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2021年第1期9-15,共7页

冰阻力是极地运输船舶动力需求分析和船型优化设计阶段的重要参考指标。本文基于有限元理论,采用粘聚单元法构建海冰数值模型,开展冰样单轴压缩和三点弯曲试验过程模拟,验证了该模型满足海冰数值计算的要求。在此基础上,以某极地运输船... 冰阻力是极地运输船舶动力需求分析和船型优化设计阶段的重要参考指标。本文基于有限元理论,采用粘聚单元法构建海冰数值模型,开展冰样单轴压缩和三点弯曲试验过程模拟,验证了该模型满足海冰数值计算的要求。在此基础上,以某极地运输船舶为研究对象,采用有限元/光滑粒子流体动力学耦合算法,通过罚函数接触算法传递有限元网格与水粒子之间接触状态和作用力,考虑船舶破冰过程中船/冰/水耦合作用,模拟破冰过程裂纹产生和扩展、冰块翻转与滑移等现象,并进行了冰阻力预报。 展开更多

关键词 极地运输船舶 粘聚单元 海冰数值模型 破冰阻力

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基于船冰碰撞的含凹陷损伤加筋板极限强度研究 被引量：4

12

作者 施兴华 姚鋆凡 +2 位作者 张婧 韩亚洲 吴海建 《舰船科学技术》 北大核心 2019年第9期27-33,共7页

为研究基于船冰碰撞的含凹陷损伤加筋板的极限强度,结合Derradji-Aouat各向同性三维失效准则和弹脆性破坏模式,提出基于线弹性的多表面失效海冰本构模型。利用Ls-dyna二次开发技术,编译生成相应的求解器。通过与球形冰撞击刚性板和柱形... 为研究基于船冰碰撞的含凹陷损伤加筋板的极限强度,结合Derradji-Aouat各向同性三维失效准则和弹脆性破坏模式,提出基于线弹性的多表面失效海冰本构模型。利用Ls-dyna二次开发技术,编译生成相应的求解器。通过与球形冰撞击刚性板和柱形冰撞击船体舷侧板架仿真对比分析,验证了基于线弹性多表面失效海冰动力本构模型更加适用于船冰碰撞问题的研究。利用Ls-dyna模拟海冰与船体加筋板碰撞,并将含凹陷损伤加筋板模型导入Ansys中进行加筋板剩余极限强度的计算,得到考虑凹陷影响的加筋板极限强度。结果表明,凹陷对加筋板极限强度的衰减主要体现在凹陷面积,并且凹陷面积和深度对加筋板极限强度的衰减作用随着面积和深度的增加而逐步减弱。 展开更多

关键词 海冰本构模型 极限强度 碰撞 凹陷 Ls-dyna二次开发

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北冰洋浮游生物空间分布及其季节变化的模拟 被引量：5

13

作者 魏皓 赵伟 +3 位作者 罗晓凡 聂红涛 胡宪敏 鹿有余 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第9期65-79,共15页

低营养级浮游生物生态动力过程对环境变化的响应非常敏感。随着全球气候变化加剧,北冰洋正在经历快速的环境变化。厘清北冰洋低营养级浮游生物季节分布与变化特征是探究北冰洋生态系统对环境快速变化响应的前提,也是评估北极海区固碳能... 低营养级浮游生物生态动力过程对环境变化的响应非常敏感。随着全球气候变化加剧,北冰洋正在经历快速的环境变化。厘清北冰洋低营养级浮游生物季节分布与变化特征是探究北冰洋生态系统对环境快速变化响应的前提,也是评估北极海区固碳能力的重要依据。基于此,本文构建了海洋–海冰–生物地球化学循环模型,并对北冰洋叶绿素浓度以及浮游生物结构的时空变化特征进行了模拟,结果表明:(1)北冰洋表层叶绿素浓度的峰值主要出现在5月,且太平洋一侧叶绿素浓度高于大西洋一侧;随着海水层化,表层受营养盐限制的海区呈现次表层叶绿素浓度最大值现象,且由陆架向海盆,次表层叶绿素浓度最大值层逐渐加深;9月,叶绿素浓度高值重回水体上层,太平洋一侧海区表层叶绿素浓度呈现较为明显的次峰值。(2)由于太平洋和大西洋入流营养盐浓度及结构的不同,北冰洋表层浮游生物群落结构存在明显空间差异。太平洋一侧,硅藻和中型浮游动物占优,硅藻在5月和9月出现生物量峰值,微型浮游植物在3月、5月和6月维持相对较高生物量;而大西洋一侧,在早春-春末夏初-夏秋经历了微型浮游植物-硅藻-微型浮游植物的演替,总体而言,微型浮游植物和微型浮游动物占优。此外,两侧海区浮游动物浓度峰值相较浮游植物滞后约半月。 展开更多

关键词 浮游植物 营养盐 海洋–海冰–生物地球化学循环模型 北冰洋

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