2016年 第38卷 第3期
2016, 38(3): 1-14.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.03.001
摘要:
在海洋动力系统的数值模拟中,海洋资料同化是一种能够有效融合多源海洋观测资料和数值模式的方法。它不仅可以显著地提高数值模拟的效果,构造海洋再分析资料场,还能有效减少海洋和气候预报时模式初始条件的不确定性。因此,海洋资料同化对于海洋研究和业务化应用具有非常重要的意义。资料同化方法的研究一直是大气、海洋科学的热门课题之一。其中,集合卡尔曼滤波器(EnKF)是一种有效的资料同化方法,自提出以来经过了20多年的发展和改进,已经在海洋资料同化中得到了广泛的研究和应用。近年来,随着动力模式的不断发展和计算能力的提高,粒子滤波器由于不受模型线性和误差高斯分布假设的约束,也逐渐成为了当前资料同化方法研究的热点。本文分析和总结了目前关于集合卡尔曼滤波器和粒子滤波器的一些最新理论研究结果,在贝叶斯滤波理论的框架下讨论了这两类算法的关联和区别,以及各自在资料同化实践中的优势和不足。在此基础上,我们探讨了粒子滤波器应用于海洋模式资料同化的主要困难和目前可行的一些解决方法,展望了集合资料同化方法研究的新趋势,为集合资料同化方法的进一步发展和应用提供理论基础。
在海洋动力系统的数值模拟中,海洋资料同化是一种能够有效融合多源海洋观测资料和数值模式的方法。它不仅可以显著地提高数值模拟的效果,构造海洋再分析资料场,还能有效减少海洋和气候预报时模式初始条件的不确定性。因此,海洋资料同化对于海洋研究和业务化应用具有非常重要的意义。资料同化方法的研究一直是大气、海洋科学的热门课题之一。其中,集合卡尔曼滤波器(EnKF)是一种有效的资料同化方法,自提出以来经过了20多年的发展和改进,已经在海洋资料同化中得到了广泛的研究和应用。近年来,随着动力模式的不断发展和计算能力的提高,粒子滤波器由于不受模型线性和误差高斯分布假设的约束,也逐渐成为了当前资料同化方法研究的热点。本文分析和总结了目前关于集合卡尔曼滤波器和粒子滤波器的一些最新理论研究结果,在贝叶斯滤波理论的框架下讨论了这两类算法的关联和区别,以及各自在资料同化实践中的优势和不足。在此基础上,我们探讨了粒子滤波器应用于海洋模式资料同化的主要困难和目前可行的一些解决方法,展望了集合资料同化方法研究的新趋势,为集合资料同化方法的进一步发展和应用提供理论基础。
2016, 38(3): 15-26.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.03.002
摘要:
针对有效波高资料提出一种海浪谱分解与重构的资料同化方案:利用历史时段内的有效波高观测资料和模式计算波高场,采用最优插值方法得到分析波高场;在WAVEWATCH-Ⅲ模式的波浪能量密度谱和有效波高分析值之间引入一个变异系数矩阵,描述模式的误差,以此为状态向量构建卡尔曼滤波系统,对分解过的海浪谱进行修正和重构,得到同化后的海浪谱初始场。利用美国阿拉斯加湾北部海域的7个浮标站进行同化和72 h预报试验,对连续1个月的预报结果进行统计表明:采用该同化方案后24 h预报结果的有效波高均方根误差比未同化的结果降低了0.13 m;同化方案对预报效果的影响可持续36 h左右,随着预报时效延长,同化的效果减弱。
针对有效波高资料提出一种海浪谱分解与重构的资料同化方案:利用历史时段内的有效波高观测资料和模式计算波高场,采用最优插值方法得到分析波高场;在WAVEWATCH-Ⅲ模式的波浪能量密度谱和有效波高分析值之间引入一个变异系数矩阵,描述模式的误差,以此为状态向量构建卡尔曼滤波系统,对分解过的海浪谱进行修正和重构,得到同化后的海浪谱初始场。利用美国阿拉斯加湾北部海域的7个浮标站进行同化和72 h预报试验,对连续1个月的预报结果进行统计表明:采用该同化方案后24 h预报结果的有效波高均方根误差比未同化的结果降低了0.13 m;同化方案对预报效果的影响可持续36 h左右,随着预报时效延长,同化的效果减弱。
2016, 38(3): 27-39.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.03.003
摘要:
本文对环渤海沿岸具有代表性且资料完整的6个海洋观测站的月均海表温度(SST)序列作均一性检验和订正。我国海洋观测站密集度低,难以选择参考序列,本文首先采用不依赖参考序列的惩罚最大F检验(PMFT)方法对SST序列检验,利用详尽的元数据对检验结果进行确认,再对不连续点订正,该方法适用于元数据详尽的海洋观测站。对于元数据不详尽的观测站,使用惩罚最大T检验(PMT)方法,选取与海洋台站距离近且相关显著的气象观测站的均一化地面气温序列来制作参考序列,对SST序列进行检验和订正。结果表明,环渤海地区SST序列都存在一定非均一性,观测站较大距离迁移和观测系统变更(从人工观测到自动化观测)是造成非均一性的重要原因。订正后的环渤海地区年平均SST增温趋势更加明显。本文使用不同方法来检验SST序列的均一性,该思路对沿海其他海区观测站SST均一性检验和订正有一定参考价值和应用前景,可为沿海气候变化研究提供科学准确的第一手资料。
本文对环渤海沿岸具有代表性且资料完整的6个海洋观测站的月均海表温度(SST)序列作均一性检验和订正。我国海洋观测站密集度低,难以选择参考序列,本文首先采用不依赖参考序列的惩罚最大F检验(PMFT)方法对SST序列检验,利用详尽的元数据对检验结果进行确认,再对不连续点订正,该方法适用于元数据详尽的海洋观测站。对于元数据不详尽的观测站,使用惩罚最大T检验(PMT)方法,选取与海洋台站距离近且相关显著的气象观测站的均一化地面气温序列来制作参考序列,对SST序列进行检验和订正。结果表明,环渤海地区SST序列都存在一定非均一性,观测站较大距离迁移和观测系统变更(从人工观测到自动化观测)是造成非均一性的重要原因。订正后的环渤海地区年平均SST增温趋势更加明显。本文使用不同方法来检验SST序列的均一性,该思路对沿海其他海区观测站SST均一性检验和订正有一定参考价值和应用前景,可为沿海气候变化研究提供科学准确的第一手资料。
2016, 38(3): 40-48.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.03.004
摘要:
本文利用美国NCEP/NCAR逐月的再分析资料、HadISST海温、中国160台站气温和反映渤海冰情轻重的渤海冰情等级资料,研究了前秋巴伦支海海温异常对后期渤海冰情和东亚冬季风的影响,并对相关的物理过程进行分析。结果表明,前秋巴伦支海关键区海温与该区域海冰密集度呈显著的负相关,且具有较好的持续性,通过调节随后冬季向大气释放的热通量,引起后期环流变化。偏高(偏低)年冬季亚洲纬向环流偏弱(偏强),东亚大槽加深(减弱),东亚冬季风加强(减弱),我国东北、华北及西北地区地区显著偏冷(偏暖),这与冬季渤海海冰异常的强度和范围都偏大(小)及与之相联系的环流异常相一致。进一步的分析揭示了联系上游关键区海温变化与后期东亚地区气候异常的重要途径,前秋巴伦支海海温偏高会导致200 hPa高度场形成一个自西向东的波列形式,在东亚局地Hadley环流异常的作用下,加强了我国北方地区地表的北风异常。因此,前秋巴伦支海海温异常可以作为冬季渤海冰情的预报因子。
本文利用美国NCEP/NCAR逐月的再分析资料、HadISST海温、中国160台站气温和反映渤海冰情轻重的渤海冰情等级资料,研究了前秋巴伦支海海温异常对后期渤海冰情和东亚冬季风的影响,并对相关的物理过程进行分析。结果表明,前秋巴伦支海关键区海温与该区域海冰密集度呈显著的负相关,且具有较好的持续性,通过调节随后冬季向大气释放的热通量,引起后期环流变化。偏高(偏低)年冬季亚洲纬向环流偏弱(偏强),东亚大槽加深(减弱),东亚冬季风加强(减弱),我国东北、华北及西北地区地区显著偏冷(偏暖),这与冬季渤海海冰异常的强度和范围都偏大(小)及与之相联系的环流异常相一致。进一步的分析揭示了联系上游关键区海温变化与后期东亚地区气候异常的重要途径,前秋巴伦支海海温偏高会导致200 hPa高度场形成一个自西向东的波列形式,在东亚局地Hadley环流异常的作用下,加强了我国北方地区地表的北风异常。因此,前秋巴伦支海海温异常可以作为冬季渤海冰情的预报因子。
2016, 38(3): 49-59.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.03.005
摘要:
苏北辐射沙洲海域由10余条主沙脊和10余条主水道组成,其沙脊群间水动力的消长决定了沙洲的生成、发展及消亡,形成了滩槽相间、水道交错的独特地貌。黄海旋转潮波与东海前进潮波交汇于沙洲中心弶港,在沙洲外围诸多流系如黄海沿岸流、苏北沿岸水和长江冲淡水等影响下,又受复杂地形和大气强迫对浅水作用的影响,沙洲间余环流结构呈现4种环流结构迥异的特征。本文利用2006-2012年间8次共23站一年四季、涵盖主要沙脊和水道间准同步调查数据,以及沙洲南部4站长达1个月以上连续观测的ADCP资料,结合吕四和洋口港海洋站气象水文数据,分析了沙洲间余流四季输运分布格局,并重点讨论和分析了沙洲南部余流与风应力的响应关系。
苏北辐射沙洲海域由10余条主沙脊和10余条主水道组成,其沙脊群间水动力的消长决定了沙洲的生成、发展及消亡,形成了滩槽相间、水道交错的独特地貌。黄海旋转潮波与东海前进潮波交汇于沙洲中心弶港,在沙洲外围诸多流系如黄海沿岸流、苏北沿岸水和长江冲淡水等影响下,又受复杂地形和大气强迫对浅水作用的影响,沙洲间余环流结构呈现4种环流结构迥异的特征。本文利用2006-2012年间8次共23站一年四季、涵盖主要沙脊和水道间准同步调查数据,以及沙洲南部4站长达1个月以上连续观测的ADCP资料,结合吕四和洋口港海洋站气象水文数据,分析了沙洲间余流四季输运分布格局,并重点讨论和分析了沙洲南部余流与风应力的响应关系。
2016, 38(3): 60-70.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.03.006
摘要:
热带气旋历史样本数不足一直困扰着风暴潮风险评估研究,本文基于西北太平洋62 a(1949-2010年)历史观测热带气旋事件集资料和用随机模拟方法构造的1000 a模拟热带气旋随机事件集,以福建省连江县为例,开展了资料长度对风暴潮灾害危险性评估结果的影响分析。文中用ADCIRC模型模拟了两种数据集强迫下的风暴潮增水,采用极值Ⅰ型分布法得到了典型重现期的风暴潮增水,经过对计算结果分析发现典型重现期的风暴潮增水计算结果与所用数据资料长度有着密切相关性,数据资料越长,结果越稳定。对于1000 a一遇的风暴潮增水值,使用500 a长度的资料已经趋于稳定,并接近用1000 a资料计算得到的结果。在进行风暴潮危险性评估时,相比用几十年尺度的热带气旋历史数据集,1000 a的热带气旋模拟数据集的计算结果更具实际意义。
热带气旋历史样本数不足一直困扰着风暴潮风险评估研究,本文基于西北太平洋62 a(1949-2010年)历史观测热带气旋事件集资料和用随机模拟方法构造的1000 a模拟热带气旋随机事件集,以福建省连江县为例,开展了资料长度对风暴潮灾害危险性评估结果的影响分析。文中用ADCIRC模型模拟了两种数据集强迫下的风暴潮增水,采用极值Ⅰ型分布法得到了典型重现期的风暴潮增水,经过对计算结果分析发现典型重现期的风暴潮增水计算结果与所用数据资料长度有着密切相关性,数据资料越长,结果越稳定。对于1000 a一遇的风暴潮增水值,使用500 a长度的资料已经趋于稳定,并接近用1000 a资料计算得到的结果。在进行风暴潮危险性评估时,相比用几十年尺度的热带气旋历史数据集,1000 a的热带气旋模拟数据集的计算结果更具实际意义。
2016, 38(3): 71-81.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.03.007
摘要:
南极内陆地面辐射冷却产生的近表层冷空气,沿高原斜坡向下流动而形成下降风,其分布形态决定了南极大陆近表层风场的主要特征。我国南极中山站全年均受下降风的强烈影响。夏季晴天时,中山站的下降风一般在傍晚开始出现,风速在午夜达到极值,在次日中午之前逐渐减弱,风速有显著的日循环特征。本文选取南极中山站2010年1月的夏季下降风个例,使用常规地面气象观测资料和Polar WRF极地大气数值模式进行了分析研究。结果表明:中山站夏季夜间晴天出现偏东向的下降风时,近地面风速变化趋势与地面气温呈负相关,相关系数为-0.91。数值模拟发现,中山站下降风在距地面高度约100~150 m之间时风速最大,约为15~21 m/s。在下降风发生时,近地层大气存在逆温现象。下降风较强时,近地层逆温也较强,逆温层厚度约为200~300 m,逆温强度约为4~6℃。在地面摩擦的作用下,中山站近地面下降风风向为东南,随着高度的增加,风向逆时针偏转,最终趋于与地形等高线平行。没有太阳直接辐射时,南极大陆地区存在持续的逆温层,逆温层的出现加强了下降风气流,随着逆温的增强,大风区逐渐西移,且面积不断增加。在夏季太阳辐射造成的逆温消失的短暂时间内,逆温时产生的下降风尚不能完全消失,由此形成了较稳定的风向空间分布特征。
南极内陆地面辐射冷却产生的近表层冷空气,沿高原斜坡向下流动而形成下降风,其分布形态决定了南极大陆近表层风场的主要特征。我国南极中山站全年均受下降风的强烈影响。夏季晴天时,中山站的下降风一般在傍晚开始出现,风速在午夜达到极值,在次日中午之前逐渐减弱,风速有显著的日循环特征。本文选取南极中山站2010年1月的夏季下降风个例,使用常规地面气象观测资料和Polar WRF极地大气数值模式进行了分析研究。结果表明:中山站夏季夜间晴天出现偏东向的下降风时,近地面风速变化趋势与地面气温呈负相关,相关系数为-0.91。数值模拟发现,中山站下降风在距地面高度约100~150 m之间时风速最大,约为15~21 m/s。在下降风发生时,近地层大气存在逆温现象。下降风较强时,近地层逆温也较强,逆温层厚度约为200~300 m,逆温强度约为4~6℃。在地面摩擦的作用下,中山站近地面下降风风向为东南,随着高度的增加,风向逆时针偏转,最终趋于与地形等高线平行。没有太阳直接辐射时,南极大陆地区存在持续的逆温层,逆温层的出现加强了下降风气流,随着逆温的增强,大风区逐渐西移,且面积不断增加。在夏季太阳辐射造成的逆温消失的短暂时间内,逆温时产生的下降风尚不能完全消失,由此形成了较稳定的风向空间分布特征。
2016, 38(3): 82-87.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.03.008
摘要:
本文基于Aqua/MODIS、Terra/MODIS和Envisat/MERIS多源卫星叶绿素a浓度产品,研究了客观分析融合方法,制作了西北太平洋海域(0°~50°N,100°~150°E)叶绿素a浓度融合产品,并从有效数据空间覆盖率和产品精度两个方面对融合方法进行了评价。与单传感器以及欧洲太空局发布的GSM模型业务化融合产品相比,客观分析融合产品空间覆盖率明显提高;与收集的2002-2012年间叶绿素a浓度实测数据比较,GSM模型业务化融合产品的匹配数据点为578个,偏差为-0.20 mg/m3,均方根误差为0.37 mg/m3,客观分析法融合产品的匹配数据点为1432个,偏差为-0.21 mg/m3,均方根误差为0.36 mg/m3。结果表明:本文研究的客观分析融合方法在保证融合产品精度的同时可显著提高产品的空间覆盖率,在海洋水色融合应用前景广阔。
本文基于Aqua/MODIS、Terra/MODIS和Envisat/MERIS多源卫星叶绿素a浓度产品,研究了客观分析融合方法,制作了西北太平洋海域(0°~50°N,100°~150°E)叶绿素a浓度融合产品,并从有效数据空间覆盖率和产品精度两个方面对融合方法进行了评价。与单传感器以及欧洲太空局发布的GSM模型业务化融合产品相比,客观分析融合产品空间覆盖率明显提高;与收集的2002-2012年间叶绿素a浓度实测数据比较,GSM模型业务化融合产品的匹配数据点为578个,偏差为-0.20 mg/m3,均方根误差为0.37 mg/m3,客观分析法融合产品的匹配数据点为1432个,偏差为-0.21 mg/m3,均方根误差为0.36 mg/m3。结果表明:本文研究的客观分析融合方法在保证融合产品精度的同时可显著提高产品的空间覆盖率,在海洋水色融合应用前景广阔。
2016, 38(3): 88-97.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.03.009
摘要:
利用多种先进室内外测量仪器进行河口现场观测和室内电镜扫描获得相关资料,对长江河口北槽河道细颗粒泥沙絮凝的水沙环境、絮团的微观形态结构、絮团的粒径组成及其主要影响因素进行了综合分析和讨论。结果表明,北槽河道具有非常适宜细颗粒泥沙絮凝的潮流、盐度、含沙量和悬沙颗粒粒径等基本环境条件。北槽河道悬沙絮团形态多样,主要包括松散状絮团、蜂窝状絮团和密实状絮团。絮团主要由细粉砂和黏土类细颗粒泥沙组成,表面多粗糙不平,结构或密或疏。絮团粒径变化与潮周期动力过程密切相关,具有周期性变化特征。涨、落憩时絮团粒径较大,涨、落急时絮团粒径较小。絮团粒径涨憩大于落憩,小潮大于大潮。垂向上,絮团粒径由表层至底层逐渐增大。周期性潮流流速对北槽河道悬沙絮团粒径变化起到了控制作用。北槽细颗粒泥沙絮凝作用,是导致疏浚航道发生回淤的主要原因之一。
利用多种先进室内外测量仪器进行河口现场观测和室内电镜扫描获得相关资料,对长江河口北槽河道细颗粒泥沙絮凝的水沙环境、絮团的微观形态结构、絮团的粒径组成及其主要影响因素进行了综合分析和讨论。结果表明,北槽河道具有非常适宜细颗粒泥沙絮凝的潮流、盐度、含沙量和悬沙颗粒粒径等基本环境条件。北槽河道悬沙絮团形态多样,主要包括松散状絮团、蜂窝状絮团和密实状絮团。絮团主要由细粉砂和黏土类细颗粒泥沙组成,表面多粗糙不平,结构或密或疏。絮团粒径变化与潮周期动力过程密切相关,具有周期性变化特征。涨、落憩时絮团粒径较大,涨、落急时絮团粒径较小。絮团粒径涨憩大于落憩,小潮大于大潮。垂向上,絮团粒径由表层至底层逐渐增大。周期性潮流流速对北槽河道悬沙絮团粒径变化起到了控制作用。北槽细颗粒泥沙絮凝作用,是导致疏浚航道发生回淤的主要原因之一。
2016, 38(3): 98-110.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.03.010
摘要:
海岸侵蚀对海岛紧缺的陆地资源及旅游价值较大的沙滩危害巨大。基于卫星遥感、有人航空摄影、无人机航测、GPS和现场调查等多源数据,利用GIS分析了东山岛海岸线类型、位置与长度变化及滩面冲蚀演变。研究表明,东山岛多处曲折自然岸线转化为较为平直的人工岸线致使整体岸线长度减少,无人机高程反演满足滩面排水冲蚀监测精度要求,乌礁湾和山南湾不同养殖排水方式形成不同特征的滩面冲沟,改变了沙滩微地貌形态。海平面上升和台风风暴潮是长期趋势性和短期突发性侵蚀因素的代表,当前短时间尺度的人类活动已成为滩面冲蚀的最主要因素,且有可能转变为长期趋势性因素。
海岸侵蚀对海岛紧缺的陆地资源及旅游价值较大的沙滩危害巨大。基于卫星遥感、有人航空摄影、无人机航测、GPS和现场调查等多源数据,利用GIS分析了东山岛海岸线类型、位置与长度变化及滩面冲蚀演变。研究表明,东山岛多处曲折自然岸线转化为较为平直的人工岸线致使整体岸线长度减少,无人机高程反演满足滩面排水冲蚀监测精度要求,乌礁湾和山南湾不同养殖排水方式形成不同特征的滩面冲沟,改变了沙滩微地貌形态。海平面上升和台风风暴潮是长期趋势性和短期突发性侵蚀因素的代表,当前短时间尺度的人类活动已成为滩面冲蚀的最主要因素,且有可能转变为长期趋势性因素。
2016, 38(3): 111-122.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.03.011
摘要:
潮滩地形是合理开发利用潮间带滩涂最重要的指标之一。滩涂水边线测量法是目前公认的具有可操作性的滩涂地形遥感测量方法。本文以水边线测量方法为基础,提出一种基于水位测站基线的潮滩地形遥感遥测构建方法。以江苏沿海大面积潮滩为研究区,将该区域自建的4座水位测站的连线作为水位测站基线,结合不同潮情下采集的遥感影像提取的滩涂水边线数据,通过水位测站基线计算滩涂水边线高程,从而构建出辐射沙脊群潮滩地形。采用实测地形数据进行检验,结果表明:构建的DEM能够反应当前潮滩的基本形态,平面精度达30 m,垂直精度达20 cm。
潮滩地形是合理开发利用潮间带滩涂最重要的指标之一。滩涂水边线测量法是目前公认的具有可操作性的滩涂地形遥感测量方法。本文以水边线测量方法为基础,提出一种基于水位测站基线的潮滩地形遥感遥测构建方法。以江苏沿海大面积潮滩为研究区,将该区域自建的4座水位测站的连线作为水位测站基线,结合不同潮情下采集的遥感影像提取的滩涂水边线数据,通过水位测站基线计算滩涂水边线高程,从而构建出辐射沙脊群潮滩地形。采用实测地形数据进行检验,结果表明:构建的DEM能够反应当前潮滩的基本形态,平面精度达30 m,垂直精度达20 cm。
2016, 38(3): 123-130.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.03.012
摘要:
粉质土大量存在于黄河水下三角洲地区,粉土液化过程中具有类似流体的性质,可以把液化过程中的粉土视为黏性流体进行研究。基于流体力学中Stokes黏滞阻力原理,在波浪水槽试验基础上,设计了一套测量液化过程中粉土流变特性的拖球装置,并对其实用性进行验证。在铺设有粉土底床的波浪水槽中埋入可以水平滑动的小球,通过拖动小球在粉土中水平运动,测量小球所受阻力值的大小,用以计算液化粉土表观动力黏度。充分考虑试验中波浪要素、超孔压比等因素的影响。结果表明,该装置能够满足试验要求;波浪循环荷载作用下,观察到了孔压的累积至液化的过程;波浪参数对结果有较大影响,其中波高越大,表观黏度值越小;同一波高情况下,表观黏度随时间缓慢增加;随着超孔压比的升高,波浪作用下粉土表观黏度值逐渐减小。
粉质土大量存在于黄河水下三角洲地区,粉土液化过程中具有类似流体的性质,可以把液化过程中的粉土视为黏性流体进行研究。基于流体力学中Stokes黏滞阻力原理,在波浪水槽试验基础上,设计了一套测量液化过程中粉土流变特性的拖球装置,并对其实用性进行验证。在铺设有粉土底床的波浪水槽中埋入可以水平滑动的小球,通过拖动小球在粉土中水平运动,测量小球所受阻力值的大小,用以计算液化粉土表观动力黏度。充分考虑试验中波浪要素、超孔压比等因素的影响。结果表明,该装置能够满足试验要求;波浪循环荷载作用下,观察到了孔压的累积至液化的过程;波浪参数对结果有较大影响,其中波高越大,表观黏度值越小;同一波高情况下,表观黏度随时间缓慢增加;随着超孔压比的升高,波浪作用下粉土表观黏度值逐渐减小。
2016, 38(3): 131-144.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.03.013
摘要:
防沉板基础是水下井口、管汇节点与管汇终端等的永久支撑结构,其承受的荷载具有明显的复杂性、非线性和不确定性,给防沉板基础的稳定性研究带来了巨大挑战。本文研究了在剪切强度随深度线性增长的不排水饱和软黏土中,相同用钢量条件下矩形、方形、六边形和圆形防沉板基础的承载特性。采用数值模拟方法确定了竖向荷载V、水平向荷载H(Hx、Hy)、弯矩荷载M(Mx、My)和扭矩荷载T联合作用下,防沉板基础在V-H、V-M、V-T、Hx-Hy、Mx-My、T-H和T-M荷载空间的地基承载力包络线,并建立了相应的拟合公式。研究表明,不同的基础形状对其承载力影响显著,当V较大时,适宜选用圆形基础;当H较为显著时,应选用矩形或方形基础;圆形、方形和矩形基础的抗弯特性分别适用于不同条件下M为主控荷载的情况;当T的影响不可忽视时,矩形或方形基础为首选形式,六边形和圆形基础次之。
防沉板基础是水下井口、管汇节点与管汇终端等的永久支撑结构,其承受的荷载具有明显的复杂性、非线性和不确定性,给防沉板基础的稳定性研究带来了巨大挑战。本文研究了在剪切强度随深度线性增长的不排水饱和软黏土中,相同用钢量条件下矩形、方形、六边形和圆形防沉板基础的承载特性。采用数值模拟方法确定了竖向荷载V、水平向荷载H(Hx、Hy)、弯矩荷载M(Mx、My)和扭矩荷载T联合作用下,防沉板基础在V-H、V-M、V-T、Hx-Hy、Mx-My、T-H和T-M荷载空间的地基承载力包络线,并建立了相应的拟合公式。研究表明,不同的基础形状对其承载力影响显著,当V较大时,适宜选用圆形基础;当H较为显著时,应选用矩形或方形基础;圆形、方形和矩形基础的抗弯特性分别适用于不同条件下M为主控荷载的情况;当T的影响不可忽视时,矩形或方形基础为首选形式,六边形和圆形基础次之。
2016, 38(3): 145-155.
doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2016.03.014
摘要:
在莱州湾南岸的07孔岩心进行高分辨率采样的基础上,采用X荧光光谱法(XRF)、离子质谱法(ICP-MS)以及原子荧光光谱法(AF)等方法测试了研究区07孔的48种常微量元素以及稀土元素的含量,并对元素相对含量、随深度变化规律、特征比值以及稀土元素配分模式进行了研究。结果表明,07孔主要元素及特征比值在海陆地层分界处有明显变化,可以作为地层划分的指标之一。其中,Mn、Mg、Ca、Fe、Mg/Ca及K/Na等对沉积环境响应比较明显,Ba、Zr、Rb、Si/A1、Ti/A1和Rb/Sr对源区的母岩类型、风化程度及搬运距离的变化敏感;07孔常微量元素垂向变化较大,在3次海侵地层中呈明显变化,并对应多个峰值。化学元素的变化规律所反映的地层特征与晚更新世以来的气候和海平面的变化有较好的对应关系。07孔不同深度沉积物的稀土元素球粒陨石标准化配分模式与黄河沉积物的相似,呈轻稀土元素富集的右倾型。说明黄河是莱州湾南岸弥河-潍河多源河流三角洲沉积体系的物源之一,且对莱州湾南岸一定深度范围内的沉积地层有部分贡献。
在莱州湾南岸的07孔岩心进行高分辨率采样的基础上,采用X荧光光谱法(XRF)、离子质谱法(ICP-MS)以及原子荧光光谱法(AF)等方法测试了研究区07孔的48种常微量元素以及稀土元素的含量,并对元素相对含量、随深度变化规律、特征比值以及稀土元素配分模式进行了研究。结果表明,07孔主要元素及特征比值在海陆地层分界处有明显变化,可以作为地层划分的指标之一。其中,Mn、Mg、Ca、Fe、Mg/Ca及K/Na等对沉积环境响应比较明显,Ba、Zr、Rb、Si/A1、Ti/A1和Rb/Sr对源区的母岩类型、风化程度及搬运距离的变化敏感;07孔常微量元素垂向变化较大,在3次海侵地层中呈明显变化,并对应多个峰值。化学元素的变化规律所反映的地层特征与晚更新世以来的气候和海平面的变化有较好的对应关系。07孔不同深度沉积物的稀土元素球粒陨石标准化配分模式与黄河沉积物的相似,呈轻稀土元素富集的右倾型。说明黄河是莱州湾南岸弥河-潍河多源河流三角洲沉积体系的物源之一,且对莱州湾南岸一定深度范围内的沉积地层有部分贡献。
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