《基於颱風過程的三維環流結構及水環境影響機制研究》是依託大連理工大學,由梁書秀擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於颱風過程的三維環流結構及水環境影響機制研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：梁書秀
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題針對國內外近淺海環流研究中存在的不足，特別是缺乏對短期環流、強能天氣過程對環流結構的影響及滯後水環境效應研究，以我國近淺海為研究區域，建立基於GPU並行算法的潮流-風暴潮-颱風浪聯合作用下的雙向耦合環流模式。重點進行近淺海環流結構對典型颱風過程的反應時效，三維短期環流尺度及最小識別尺度；颱風強度對近淺海的垂向速度和垂向環流結構的影響；小尺度垂向環流和水平環流的相互關係的研究。同時進行短期環流計算方法的改進和探討，發展結合拉格朗日余流、粒子追蹤法和相干結構的拉格朗日綜合環流描述方法。通過對近淺海混合特徵、水文特徵、物質輸運特性的時空變化以及短期環流結構的變化對長期環流結構的影響研究等，得出環流結構突變後的水環境影響機制。通過課題中颱風過程對近淺海環流動力學影響機制的研究、建立的耦合模式及拉格朗日綜合環流描述方法可為進一步開展颱風對泥沙輸運、水質和生態環境的影響奠定基礎。
結題摘要
全球極端天氣不斷增多，課題針對國內外缺乏對短期環流、強能天氣過程對環流結構的影響及滯後水環境效應的研究，開展了基於颱風過程的三維環流結構及水環境影響機制研究。 1、建立了基於GPU高效並行、高精度、具有良好質量守恆特性且能較充分考慮颱風對潮流和波浪作用的耦合近淺海環流模式。基於GPU並行算法的模型相對於單執行緒串列計算模式計算效率提高達25-30倍；發展了一系列的邊界處理方法，提高了模型解決淺水問題的適用性及穩定性。基於線性聚焦破碎波引起的波譜能量在頻率間的耗散和轉移規律，嘗試性改進了海浪模型中白浪耗散項，颱風浪成長過程的模擬精度有所提高。 2、通過引入基於有限時間李雅普諾夫指數（FTLE）的拉格朗日相干結構（LCS）時變系統分析方法，結合余流和概要圖，發展了描述海域物質輸運特徵和短期環流結構的拉格朗日綜合方法。該方法可以分別從物質輸移路徑、水體輸運時間尺度和不同運動特性水團的分區多方面揭示海灣物質輸運的時空演化特徵，有助於了解物質輸運和分布的深層原因。 3、利用改進的波流耦合模型，分別以狹長海灣和南海為例，得到了典型颱風過程對海域三維環流結構影響的尺度和時效及其動力學機制。近淺海分別從拉格朗日余流、粒子運移距離及路徑、拉格朗日相干結構、滯留時間分析了颱風的影響；開闊海域中研究了典型颱風過程對南海海域局部水流結構、溫鹽結構和海洋內部混合特徵的影響，得到颱風對開闊海洋水體影響的水平尺度、垂向尺度和時間尺度。研究結果有助於深刻認識颱風過程對海洋水體混合和水環境的影響。 4、通過衛星遙感技術手段，建立了特定海域的海洋水色要素反演模型；通過對比懸浮物濃度、葉綠素a濃度、海表溫度SST在颱風過程前後的時空變化，得到了颱風發生前後水環境各要素時空變化特徵。 以上的研究分別在環流模型和波浪模型改進、物質輸運特性描述方法和多角度水環境變化的預測幾個方面取得了實質性的進展。得到了有關颱風過程對海洋水體混合和水環境影響的重要結論。
