美赛培训论文8501.docx

《美赛培训论文8501.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《美赛培训论文8501.docx（13页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、Formmatiion andd Vaariaatioon oof tthe Greeat Paccifiic GGarbbagee PaatchhAbsttracctIn tthiss paaperr, wwe bbuilld aa moodell byy uttiliize dynnamiic aanallog to exppounnd tthe forrmattionn off thhe ooceaan ggarbbagee paatchh.Our desstinnatiion is to traack thee liitteer ddebrris andd fooreccastt it

2、ts ffutuure conndittionns tto hhelpp maanaggingg itt. AAfteer tthe anaalyssis, wee fiind thaat tthe vellociity of traash allleviiatees aas ttimee gooes on. Trrashh dooes itss mootioon iin ttwo proobabble wayys, onee iss duue tto rresiistaancees ggiveen bby ssea watter, annd aanottherr iss duue tto d

3、dampped vvibrratiion. Byy ussingg cllasssic phyysiccal theeoriies, wee caaptuure maiin mmotiivess prropeelliing traash intto tthe South Paccifiic GGyree. TThatts hoow tthe greeat garrbagge ppatcch fformms.Accoordiing to theemoddel andd thhe iits ressultt, wwe fformmulaate thee moonittoriing proograa

4、m.Comppareed wwithh thhe pphyssicaal ttrutth, thee moodell allso hass soome unssatiisfaactoory asppectts, butt itt haas ssomee reeferrencce.IntrroduuctiionWherre eeverr iss thhe wworllds laargeest dummp? It is loccateed iin tthe Paccifiic OOceaan, aboout onee thhoussandd siix hhunddredd kiilommeteer

5、s wesst oof CCaliiforrniaa, caalleed tthe Greeat Paccifiic OOceaan GGarbbagee Paatchh. Acccorrdinng tto pperttineent datta11, it is tenn miilliion tonns oof ddebrris littterr thhat is pillingg upp thheree, llikee a plaastiic ssoupp whhen peooplee arre llookkingg ahheadd. AAnd 80 perrcennt oof tthe t

6、raash is froom mmainn coontiinennts, 100 peerceent connsissts of useed nnetss orr ottherr fiishiing toools andd thhe ootheer 110 pperccentt off trrashh iss frrom passsinng-bby sshipps. Mosst oof tthe garrbagge iislaandss arre iin ooceaanicc gyyress.Noowaddayss, aa wiide varrietty oof ttechhniccal an

7、dd sccienntiffic proobleems asssociiateed wwithh thhis debbriss maass areecommingg too liightt. BBut unttil noww, nno oone cann reeasoon ooutiits covveraage areea eexacctlyy annd tthe greeat ecoonommic losssess eccoloogiccal imppactt annd tthe Paccifiic OOceaan GGyree haas ccaussed.Longg-teerm efffe

8、cttiveemetthodds aare seaarchhed to objjecttiveely chaaraccterrizeethee Gyyre.Thee occeann cuurreent is tthe mecchannismmof thee Grreatt Paaciffic Oceean Garrbagge PPatcch. In ourr paaperr, wwe wwillltakke tthe souuth paccifiic ooceaan ggarbbagee paatchh foor eexammplee, ffocuusinng oon hhow thee de

9、ebriis llittter driiftss inn thhe ffluiid, asssembbless inn quuanttityy, ddisttribbutees unnderrthee efffecct oof ooceaan ccurrrentts iin.Aftterwwardds, in acccorddancce wwithh ouur mmodeel,wwe pprojjectt prroceessrreassonaablee suuggeestiionss too moonittor thee Gyyre, trrackkingg itts grrowtth.Ass

10、uumpttionns1. Regaardllesss off tiime andd geeogrraphhicaal pposiitioons iimpaactss onn thhe sspeeed oof tthe oceean currrennts, wee coonsiiderr thhe sspeeed aas cconsstannt vvaluue.2. Accoordiing to thee daatumm2, wee deesiggnatte tthe speeed of thee weest winnd ddrifftvp1as 1.44 kmm/h, thhat of Pe

11、rru CCurrrenttvp2as 1 km/h, thaat oof tthe souuth equuatooriaal wwarmm cuurreent as vp33 kkm/hh, tthatt off thhe nnortth AAusttrallia currrennt aas vvp41.44 kmm/h.3. Regaard thee fllow of thee cuurreentss ass sttatiionaary floow aand thee seeawaaterr ass Neewtooniaan ffluiid, whiich meaans thee viis

12、coositty oof tthe seaawatter is connstaant.4. Conssideer tthe levvel of thee seea iis iin llamiinarr fllow.5. The masss ppoinnts mmotiion in thee seea ccan be infflueenceed bby tthe oceean currrennt nno mmattter howw faar tthe malll ppoinnt iis aawayy frrom it.6. The masss ppoinnts mmotiion is synnt

13、heesizzed by thee suub-mmoveemennt oof pper oceean currrenntreegarrdleess of efffectts oof ootheer ffacttors.The ModdelIn oour moddel, wee wiill utiilizze ddynaamicc annaloog tto eexpooundd thhe fformmatiion of thee oceaan ggarbbagee paatchh.Thee moodell suubsttituutessstrraigght linnes forroceean c

14、urrrennts whiich forrm tthe gyrre, iin tthe moddeltthe oriienttatiion of thee sttraiightt liine reppressenttatiive of thee fllow dirrecttionn annd tthe speeed vallue rettrosspecct tto tthe asssumpptioon NNo.44. SSequuenttiallly, wee siimpllifyy thhe pphyssicaal ttrutth aas tthatt shhownn inn thhe ff

15、iguure 1. (Due to thee chhangge oof tthe dirrecttionn off thhe PPeruu Cuurreent on passsagge, thee siimpllifiied moddel repplacces toww sttraiightt liiness, wwhicch aare of thee saame speeed butt diiffeerennt ddireectiion, off thhe PPeruu Cuurreent.)Figuure 1:tthe Disstriibuttionn off thhe OOceaan C

16、Currrentts iin tthe Souuth Paccifiic OOceaanThenn,ouur mmodeel ttalkks ooverr hoow tthe oceean currrennt eeffeect thee maass poiints mmoveemennt, morre sspeccifiicallly, thhe eeffeect on thee veeloccityy off thhe ddireectiion parralllel to thee liine andd peerpeendiicullar to thee liine.Lets ddisccu

17、sss thhe eeffeect on thee maass poiints vveloocitty oof tthe dirrecttionn paaralllell too thhe llinee fiirsttly.Accoordiing to thee asssummptiion No.3 aand No.4 aand thee reelattivee innforrmattionn3, wwe ccan desscriibe thee occeann cuurreent floow aas oone-dimmenssionnal steeadyy fllow. Onn thhe b

18、basiis oof NNaviier-Stookess Eqquattionn shhow bellowY meeanss thhe mmasss foorcee off thhe ddireectiion Y-aaxiss, iin oour moddel; mmeanns tthe dennsitty oof ssea watter; meeanss thhe kkineemattic visscossityy off seea wwateer, , meeanss thhe ddynaamicc viiscoositty oof ssea watter. Wee caan ssimpp

19、liffy tthe equuatiion aboove andd geet tthe onee beelowwInteegraate andd geet (1)So wwe pplugg toow bbounndarry ccondditiionss (22) sshowwn bbeloow iintoo thhe fformmulaa (11)inteegraal cconsstannt iis ddeteermiinedd ,Sincce, so(2)We ccan makke aa cooncllusiion thaat tthe masss ppoinnts vveloocitty

20、iin tthe dirrecttionn paaralllell too thhe ooceaan ccurrrentt iss thhe ssamee ass thhat of thee occeann cuurreent.Secoondlly wwe ffocuus oon tthe masss ppoinnt veeloccityy inn thhe ddireectiion perrpenndicculaar tto tthe oceean currrennts ddireectiion.Haviing conssulttedsoome matteriialss4,we deccid

21、ee thhat thee occeann cuurreents iimpaact on flooateers in thee diirecctioon pperppenddicuularr too thhe ooceaan ccurrrentts ddireectiion is equuivaalennt tto wwavee daampeed oosciillaatioon.Thee faarthher awaay ffromm thhe wwavee soourcce, thee weeakeer tthe osccilllatiion is, whhichh meeanss inn o

22、uur mmodeel tthatt thhe ssmalllerr thhe ffloaaterrs vveloocitty iin tthe dirrecttionn peerpeendiicullar to thee occeann cuurreents ddireectiion is. Annd tthe vellociity vallue is (3)A meeanss osscilllattionn raangee,; meeanss thhe ddamppingg cooeffficiientt, ; d mmeanns tthe disstannce thee poointt

23、frrom thee soourcce oor tthe linne; thee evvoluutioon mmeanns vveloocitty iis tthe eneergyys evvoluutioon.The disstannce d iis ddeteermiinedd byy thhe fformmulaa beeloww (4) Thhen we shoouldd deecidde tthe equuatiionss off thhe sstraaighht llinees off thhe ooceaan ccurrrentts. Acccorddingg too thhe

24、ffiguure 1 aand ourr esstimmatiion of thee innterrceppts, thhe eequaatioons aree shhownn beelowwSo tthe disstanncess thhat anyy poointt awway froom tthe linnes areeSubsstittutiing d1,d2,d3,d4,d5 foor dd inn thhe fformmulaa (33), we cann geet tthe vellociitiees iin tthe dirrecttionn peerpeendiicullar

25、 to thee occeann cuurreentss diirecctioons vc11, vvc2, vc3 , vc44 ,vvc5.Becaausee thhe ffarttherr thhe ppoinnts awway froom tthe oceean currrennt tthe smaalleer iits vellociity in thee peerpeendiicullar dirrecttionn iss,wee reealiize thee smmalller itss veeloccityy iss thhe bbiggger itss prresssuree

26、 iss acccorrdinng tto Beernooullli EEquaatioon44. Thhereeforre, in thee diirecctioon pperppenddicuularr too thhe ooceaan ccurrrentts fflowwingg diirecctioon,thee foorcee diirecctioon iis ooppoositte tto tthe vellociity graadieent, diirecctinng tto tthe linne.Now forr anny ppoinnt iin tthe cooordiina

27、tte,tthe vellociity is knoown. Whhen it movves to anootheer nnew possitiion, thhe vveloocitty aat tthiss tiime, whhichh keeepss thhe mmasss poointt moovinng, is dettermmineed bby tthe neww reelattionnshiip bbetwweenn thhe pposiitioon aand thee liine.We eestaabliish thee cooorddinaate bassed on thee

28、laatittudee annd llonggituude, thhe oorigginaal ppoinnt llocaatedd innthee poointt off innterrsecctioon oof eeastternn lonngittudee 1550 ddegrreess annd ssouttherrn llatiitudde 660 ddegrreess, iilluustrrateed iin tthe figguree 1. v1, vv2, vv3, vv4 annd vv5 aare thee veeloccitiies of thee cuurreentss

29、, aand () arre ccounnterrcloockwwisee anglles bettweeen tthe dirrecttionns oof vveloocitty aand thee X-axiis aaxlee ass shhownn inn thhe ffiguure 1.We ddisccusss hoow eeverry ooceaan ccurrrentt immpaccts a mmasss poointt seeparrateely.A mmasss poointt unnderr thhe wwestt wiind driifts iimpaact,thee

30、suub-vveloocittiess inn thhe ddireectiion of X-aaxiss annd YY-axxis aree (5)v1xmmeanns tthe masss ppoinnts vveloocitty iin tthe dirrecttionn off X-axiis; v1yy meeanss thhe mmasss poointts vveloocitty iin tthe dirrecttionn off Y-axiis.Simmilaarlyy avvaillabllefoormuula cann bee goot bbeloow (66) (77)

31、(8)(9)So uundeer tthe acttionn off thhe ffivee sttreaams of oceean currrennts, thhe vveloocitty oof XX-axxis is (100)andtthe vellociity of X-aaxiss iss (111)Assuuminng tthatt thhe iinittiall poosittionn off anny ppoinnt iis , wee haave tesstiffiedd thhe vveloocitty aat aany timme iis aavaiilabble, s

32、oo thhe pposiitioon oof tthe poiint at anyy tiime is alsso ddoubbtleess. Wee caan ssolvve tthe vallue by inttegrral.(12) Whhen thee nuumbeer oof ppoinnts is bigg ennouggh tto ssimuulatte tthe traack of thee liitteer ddebrris,we cann usse mmatllab to illlusttratte tthe possitiionss off poointts,tthe

33、tenndenncy of littterr acccummulaatioon, whhichh beeneffitss deesiggn aand impplemmenttourr pllanss too moonittor thee oceaan ggarbbagee patcch. Att laast, wee siimullatee thhe pproccesss off thhe aaccuumullatiion as shoown in thee fiigurre 22 beeloww.Figuure 2: thee Teendeencyy off thhe AAccuumulla

34、tiion of thee Liitteer DDebrrisLittter debbriss iss faar aawayy frrom thee Gyyre at thee beeginnninng, forr exxampple, thhe llittter dummpedd frrom thee Soouthh Ammeriica flooatss inn thhe pplacce nnearr A. Wiith thee efffecct oof tthe currrennts andd tiime goiing, itt keeepss moovinng , foolloowinn

35、g tthe laww wee annalyyzedd beeforre, aloong dettermmineed eeye loccus shoown in thee fiigurre 22 unntill itt reeachh thhe aareaa E wheere thee reesulltannt fforcce oon tthe littterr iss neear to zerro. It is thee saame as thee liitteer iin tthe areea oof BB annd DD. BBut forr C, ouur mmodeel sseemm

36、s aapprroprriatte tto tthe plaace C, andd wee wiill anaalyzze tthe reaasonn laaterr.Moniitorringg Proggramm1. In tthe areea ooff thee shhoree off thhe nnortth oof AAusttrallia (thhe zzonee shhownn inn thhe ffiguure 2 wwhosse xx raangees ffromm -220000 too 0 andd y ranngess frrom 0 tto 440000) aand o

37、f thee weesteern coaast of thee Soouthh Ammeriica (thhe zzonee shhownn inn thhe ffiguure 2 wwhosse xx raangees ffromm 80000 to 100000 andd y ranngess frrom 0 tto 440000 ), whheree liitteer ddebrris acccumuulattes in a llargge aamouunt or thee diistrrictt peeoplle hhighhly amaass, wee caan sset fifft

38、y monnitoorinng pplattforrms in alll, wwhicch aare undder thee coontrrol of exppertts aand schholaars whoo wiill do meaasurremeent terrmlyy too maasteer tthe dennsitty aand thee diistrribuutioon oof tthe greeat garbbagee patcch ggyree inn thhe ppaciificc occeann.2. In tthe zonne bbetwweenn thhe ssou

39、tth eequaatorriall waarm currrennt, whoose x rrangges froom 00 too 80000 andd y ranngess frrom 30000 tto 550000, aand thee weest winnd ddrifft, whoose x rrangges froom 00 too 80000 andd y ranngess frrom -10000 to 10000,wwe ccansset cerrtaiin ddrogguess inn evveryy unnit areea, in ordder to meaasurre

40、 tthe amoountt off thhe llittter.3. In aaddiitioon tto tthe iteems,thee moonittoriing shiips shoouldd bee arrranngedd too thhe GGyree too coolleect sammplees, whiich invvolvvethhe ddenssityy, tto fforeecasstvaariaatioon ttenddenccy bby ddataa sttatiistiics.4. Withh thhe ddeveeloppmennt oof tthe tecc

41、hnoologgy, somme hhighh addvanncedd tooolss caan bbe ddeplloieedinn thhis fieeld to monnitoor oor hhanddle thee liitteer.The ressourrcinng tthe monnitoorinng pproggramm neeedss issofffshoore plaatfoormss,drroguues, thhe mmoniitorringg shhipss annd sso oon, thee moonittoriing insstruumennts connsisst

42、inng oofseensoor uunitts, andd unnitss foor ccolllecttingg annd sstorringg daata, unnitss foor pproccesssingg daata, unnitss foor ccommmuniicattionn annd rrelaativveauuxilliarry eequiipmeentss. IIn aaddiitioon, a llargge qquanntitty oof aand exccelllenttmannpowwer ressourrce is in demmandd.Itt iss n

43、oot oonlyy hiigh techh testtingg faciilittiess anndthhe ttaleent of higgh qquallityy buut aalsooenvviroonmeentaal pphillosoophyy thhat cann moonittor or eveen ssavee thhe hhumaan bbeinngs.Modeel EEvalluattinggAdvaantaagess1. Throoughhthee annalyysiss off thhe mmainn reeasoon wwhicch ccausses thee li

44、itteer ddebrris to movve iin tthe seaa,ourr moodell asscerrtaiins thhatiit iis tthe Gyrre tthatt drrivees tthe littterr deebriis. Theen wwe ffindd ouut tthe sollutiion to thee prrobllem howw too deeterrminne tthe vellociity of masss ppoinnts. Byy innteggrall, iit iis eeasyy too deescrribeethee trrac

45、kk off liitteer ddebrris moovemmentt annd iits possitiion at anyy tiime. Thhat is connvenniennt ffor us to forrecaast thee exxtennd ,dennsitty aand disstriibuttionn.2. Comppareed wwithh thhe pphyssicaal ttrutth iilluustrrateed iin tthe figguree 3 in thee poosittionn inn whhichh thhe llittter acccumu

46、ulattes,it is obvviouuslyy thhat ourr moodell appprooachhes to thee phhysiicall trruthh.Figuure 3: thee Phhysiicall Trruthh off thhe PPaciificc Occeann Gaarbaage Pattch3. Our moddel cann fooreccastt thhe wwholle ggarbbagee paatchhsdriiftaage, annd ootheerwiise cann siimullatee a masss ppoinnts.Thhat willl bbe eeconnomiicall too trrackk soome masss ppoinnts to gaiin tthe wh