极地海冰影响局部海域的通航条件乃至地质尺度上的气候预测，由于基于连续介质理论的海冰数值模式如网格方法难以应对浮冰尺度的模拟，近年来离散元方法越来越多用于海冰动力学领域。本文使用基于表面网格划分的多面体描述浮冰，通过使用GJK(Gilbert-Johnson-Keerthi)算法以进行初步接触判断并提高计算效率，采用基于能量守恒接触理论确定单元间接触力，由此建立了极地海冰多面体离散元方法。将该方法应用于极地海冰动力过程模拟，并考虑Hopkins提出的冰脊形成导致的海冰间塑性接触力。首先通过两个浮冰间碰撞模拟以验证接触力计算的正确性，再通过对单向均匀风场下浮冰挤压的模拟验证冰脊生成的模拟能力，最后研究冻结强度参数对剪切风场下冰盖断裂和冰脊生成的影响。结果表明，极地海冰多面体离散元方法能够合理地反映地质尺度海冰的动力过程，并且可有效地模拟冰盖线性运动引起的冰隙和冰脊等动力特征。

极地海冰影响局部海域的通航条件乃至地质尺度上的气候预测，由于基于连续介质理论的海冰数值模式如网格方法难以应对浮冰尺度的模拟，近年来离散元方法越来越多用于海冰动力学领域。本文使用基于表面网格划分的多面体描述浮冰，通过使用GJK(Gilbert-Johnson-Keerthi)算法以进行初步接触判断并提高计算效率，采用基于能量守恒接触理论确定单元间接触力，由此建立了极地海冰多面体离散元方法。将该方法应用于极地海冰动力过程模拟，并考虑Hopkins提出的冰脊形成导致的海冰间塑性接触力。首先通过两个浮冰间碰撞模拟以验证接触力计算的正确性，再通过对单向均匀风场下浮冰挤压的模拟验证冰脊生成的模拟能力，最后研究冻结强度参数对剪切风场下冰盖断裂和冰脊生成的影响。结果表明，极地海冰多面体离散元方法能够合理地反映地质尺度海冰的动力过程，并且可有效地模拟冰盖线性运动引起的冰隙和冰脊等动力特征。

基于冰盖影响下冰坝形成和演进的动力特性,该文针对冰坝与冰盖相互作用及冰盖破碎问题,在离散元河冰动力学模型的基础上,发展了具有冻结破碎功能的黏结失效模型,对碎冰在冰盖前缘堆积形成冰坝以及冰盖前缘破碎、冰坝推进下移的过程进行模拟。模拟结果显示:该模型能够较全面地描述冰盖前缘冰坝形成和冰盖破碎冰坝推移的过程;冰盖会导致堆冰发生在冰盖前端或冰盖底部,冰坝体的平衡状态受到来冰量、河道边壁阻力、冰盖强度和水力等因素的影响;冰盖在水位变化条件下先沿河岸纵向断裂,进而冰坝与冰盖前端作用并向下游推移,冰坝推移过程中冰坝与冰盖的作用力是累积-释放的循环过程;由冰盖前端破碎产生的碎冰会造成更严重的堆冰和河道壅水。模拟结果对现场观测难以捕捉到的动力过程及过程中水力、冰力等信息做出了描述,可为冰坝形成和演进的机理研究及冰区凌汛的防治提供参考。

基于冰盖影响下冰坝形成和演进的动力特性,该文针对冰坝与冰盖相互作用及冰盖破碎问题,在离散元河冰动力学模型的基础上,发展了具有冻结破碎功能的黏结失效模型,对碎冰在冰盖前缘堆积形成冰坝以及冰盖前缘破碎、冰坝推进下移的过程进行模拟。模拟结果显示:该模型能够较全面地描述冰盖前缘冰坝形成和冰盖破碎冰坝推移的过程;冰盖会导致堆冰发生在冰盖前端或冰盖底部,冰坝体的平衡状态受到来冰量、河道边壁阻力、冰盖强度和水力等因素的影响;冰盖在水位变化条件下先沿河岸纵向断裂,进而冰坝与冰盖前端作用并向下游推移,冰坝推移过程中冰坝与冰盖的作用力是累积-释放的循环过程;由冰盖前端破碎产生的碎冰会造成更严重的堆冰和河道壅水。模拟结果对现场观测难以捕捉到的动力过程及过程中水力、冰力等信息做出了描述,可为冰坝形成和演进的机理研究及冰区凌汛的防治提供参考。