太湖梅梁湾三维水动力学的研究：I.模型的建立及结果分析

建立了一个太湖梅梁湾三维水动力学模型,模拟了梅梁湾的水平及垂直流场分布,结果表明：（１）表面流场与风向一致,而底层流场与表面流场的方向完全相反,表现为很明显的补偿流;（２）水平流速基本上自表层而下递减,过渡层的流速比表层和底层小;（３）在风场的作用下可产生垂直环流系统,其中的东南风的作用下产生逆时针的垂直环流（由南向北看）,而在西北风的作用下产生顺时针垂直环流;（４）垂直速度自岸边向湖中心递减,其     

ENSO循环相联系的北太平洋低纬度异常西边界流

用SODA海洋同化和NCEP大气再分析资料,分析了热带太平洋次表层海温异常主要模态与北太平洋低纬度西边界流海域上层海洋环流和亚洲-北太平洋地区大气垂直和水平流场变化之间的关系,得到以下结果:（1） 在热带太平洋海洋次表层ENSO事件具有两种模态,二者组合构成ENSO循环。第一模态为ENSO成熟期,主要出现在冬季,第二模态为ENSO过渡期,主要出现夏季。（2） ENSO循环对北太平洋低纬度西边界流区上层海洋环流有重要影响。在El Niño发展期或La Niña 衰退期,该区出现气旋性异常环流,北赤道流（NEC）加强,NEC分叉位置北移,棉兰老海流（MC）加大,菲律宾以东黑潮（KC）减小,北赤道逆流（NECC）最强。在El Niño（La Niña）成熟期,该区气旋性（反气旋性）异常环流达最强,NEC最强（最弱）,NEC分叉位置最北（最南）,MC最大（最小）,KC最小（最大）,NECC减弱（加强）。在El Niño衰退期或La Niña发展期与El Niño发展期相反,该区出现反气旋性异常环流,由此导致相应流系异常发生反位相变化。（3） ENSO循环对北太平洋低纬度西边界流海域上层海洋环流的影响是通过ENSO事件期间热带太平洋热力状况异常改变上空大气环流来实现的。ENSO事件首先造成热带太平洋海洋热力状况异常,导致其上空对流活动异常,后者直接或间接通过“大气桥”能量传输引起相关地区大气环流场的变化,致使海面风应力场异常,进而强迫上层海洋环流场的相应变化。文章最后还分析了ENSO事件期间菲律宾附近异常反气旋或异常气旋性风场的产生和持续原因,讨论了北太平洋低纬度西边界流海域海气相互作用在ENSO循环中的贡献。     

风速变化对竹湖流场结构影响的数值试验

利用EcoTaihu生态模型中的压缩坐标系下三维水动力学子模型，对4种吞吐流量（换水周期分别为36d、7．2d、3．6d、35h），东、西、南、北风向，不同风速的风场作用下的浅水湖泊进行了数值模拟，分析比较了不同风速作用下湖泊分层流场及垂向平均流场结构的差异。结果表明，随着风速的增大，湖泊垂向平均流场逐渐由受吞吐流控制转变成受风生流场控制；在此转变过程中存在着临界风速值，当风速大小超过该值时，流场结构发生明显的改变；风向和吞吐流量是影响临界风速值大小的主要因素。风速变化对稳定状态的湖泊表层、次表层流场有较大影响，而对底层和次底层影响不大。在水深水平变化较大的区域，垂直平均流场结构对风速变化的响应较为敏感，易形成环流，浅水区垂向平均流向和风向一致，深水区则和风向相反；水深变化较小的水域，流场结构对风速变化的响应则较为迟钝。     

定常风场和吞吐流对乌梁素海流场的影响

风场和吞吐流是浅水湖泊运动的主要驱动力,影响着湖区污染物的迁移转化。基于二维非结构网格,构建了乌梁素海水动力模型。通过对比定常风作用下湖流的方向、环流的分布及形式与无风条件下的区别,模拟不同算例吞吐流作用下湖区流速及环流结构的差异,探究了定常风和吞吐流对乌梁素海流场的影响。结果表明:乌梁素海在无风条件下出现大面积的滞流区;风场会增加湖流的流速,影响区域主要在西大滩区、东大滩区及湖区南部明水区,产生明显环流,风场是乌梁素海主要的驱动力; SSW与ENE向风场作用下,典型区域产生的环流位置、形态结构相近,方向相反;吞吐流量的增加会增大湖区整体流速,对湖区流场形态、结构影响较小;定常风条件下,吞吐流量的增加(一定范围)会导致环流强度减弱。研究结果为乌梁素海营养盐、污染物质输移规律研究奠定基础。     

吞吐流量对湖泊流场结构影响的数值试验

本文利用EcoTaihu三维生态模型中的三维水动力学模型,开展了典型背景风场、多个吞吐流量条件下的湖流数值试验,分析比较流场达到稳定状态时。沿垂直方向平均流场随吞吐流量大小的变化特征。结果表明:随着吞吐流量的增加,湖泊垂向平均流场逐渐由受风生流控制转变成受吞吐流场控制,在此转变过程中存在临界吞吐流量值。当吞吐流量大小超过该值时,流场结构发生明显的改变,湖泊内小尺度的环流先消失,规模最大的环流最后消失;环流中流向和吞吐流流向一致的区域流速得到加强.而与吞吐流流向相反或差异较大的区域.流速先减小,后增加。风向和风速是影响临界吞吐流量值大小的主要因素。本文的研究结果对认识湖泊流场特征和了解物质在湖泊内的输移扩散具有重要意义,为合理规划引调水、准确预测水质、重建健康生态湖泊提供基础科学依据。     

东海沿岸海区垂直环流及其温盐结构动力过程研究Ⅰ.环流的基本特征

利用三维斜压流体动力学模型,通过对东海沿岸海区冬、夏季的斜压环流及其温盐结构的数值研究,揭示研究海区垂直环流及其温盐结构的动力过程及其成因。垂直环流的模拟结果表明：冬季,沿岸海区的垂直环流以逆时针流动,近表层为向岸流,沿岸为下降流,近表层以下为离岸流,其在外海有明显的上升趋势,沿岸下降流自表层至底层逐渐由强变弱;夏季,沿岸海区的垂直环流以顺时针流动,近表层以下为向岸流,沿岸为上升流,近表层为离岸流,其在外海有明显的下降趋势,沿岸上升流自底层至表层逐渐由弱变强。就整个沿岸海区而论,冬季沿岸下降流和夏季沿岸上升流的强度都随着岸界地形坡度、风速及风向与岸线偏角的变化而变化。沿岸下降流形成的主要原因是由于冬季东北风与岸界地形的耦合效应及海区温盐分布不均匀所致,而沿岸上升流形成的主要原因则是由于夏季西南风与岸界地形的耦合效应及海区温盐分布不均匀所致。     

东海沿岸海区垂直环流及其温盐结构动力过程研究I．环流的基本特征

利用三维斜压流体动力学模型 ,通过对东海沿岸海区冬、夏季的斜压环流及其温盐结构的数值研究 ,揭示研究海区垂直环流及其温盐结构的动力过程及其成因。垂直环流的模拟结果表明 :冬季 ,沿岸海区的垂直环流以逆时针流动 ,近表层为向岸流 ,沿岸为下降流 ,近表层以下为离岸流 ,其在外海有明显的上升趋势 ,沿岸下降流自表层至底层逐渐由强变弱 ;夏季 ,沿岸海区的垂直环流以顺时针流动 ,近表层以下为向岸流 ,沿岸为上升流 ,近表层为离岸流 ,其在外海有明显的下降趋势 ,沿岸上升流自底层至表层逐渐由弱变强。就整个沿岸海区而论 ,冬季沿岸下降流和夏季沿岸上升流的强度都随着岸界地形坡度、风速及风向与岸线偏角的变化而变化。沿岸下降流形成的主要原因是由于冬季东北风与岸界地形的耦合效应及海区温盐分布不均匀所致 ,而沿岸上升流形成的主要原因则是由于夏季西南风与岸界地形的耦合效应及海区温盐分布不均匀所致。     

南海海洋环流季节变化的数值模拟研究

基于POM(Princeton Ocean Model)海洋模式,对南海不同深度环流的季节性变化进行了数值模拟研究。模拟结果表明:南海表层和上层环流受季风影响,在夏季西南季风驱动下,南海表层环流在南部呈现强反气旋式结构,在南海北部则是一个弱的气旋环流;在冬季东北季风驱动下,南海表层环流结构呈气旋式,并且明显加强了沿越南沿岸向南流动的西边界流;春季和秋季为南海季风的转换期,其对应的环流特征也处于冬季环流与夏季环流的过渡流型,流速与冬季和夏季相比较弱。南海200m层环流的季节变化与表层相似。在500与1 000m层,则出现许多处中尺度漩涡,流场也变得较为紊乱。     

热带东印度洋表层环流季节变化特征研究

利用近20年的卫星遥感海面绝对动力高度(Absolute Dynamic Topography,ADT)数据、表层流数据及Argos表面漂流浮标数据等研究了热带东印度洋表层环流的季节变化特征。分析结果显示,热带东印度洋表层环流的变化与季风演替基本同步,赤道以北海域环流季节变化特征甚为显著。与此大尺度环流年循环同步,孟加拉湾湾口环流也相应变化:湾口东部在5~9月为南向流,一直延伸至苏门答腊岛外海,其他月份,从湾口东部至整个苏门答腊岛外海(4°S以北)为北向流;湾口西部经向流的变化大体与东部相反。Argos漂流浮标轨迹进一步揭示了湾内外各季节水交换路径:西南季风期,源自阿拉伯海及印度半岛南部海域的漂流浮标主要通过西南季风漂流由湾口西侧进入湾内,湾内的漂流浮标通过湾口东侧沿着苏门答腊岛进入赤道印度洋;东北季风期,漂流浮标进出湾口的途径大体与西南季风期相反。本研究还表明,季风海流及赤道急流的纬向流速季节变化最大,而经向流速的季节方差最大的则为东印度沿岸流及拉克沙群岛高压(拉克沙群岛低压)。     

热带大西洋表层环流及其月变化特征的分析

应用1993年4月至2001年3月的TOPEX/Poseidon卫星高度计遥感资料,分析了8 a平均热带大西洋(15°S～25°N,5°～50°W)表层环流结构的月变化特征.研究结果表明:热带大西洋表层环流中高纬度海区流速较小,赤道附近流速较大,表层环流系统大部分流系月变化不明显,部分流系月际波动较显著.具体来说,西南向的北赤道流下半年的纬向流速分量比上半年大.非洲沿岸流在5～11月流向为东北向,在其他月份主要为东南向.北赤道逆流可以分成两部分:25°W以东海区,北赤道逆流常年流向向东,到9月份前后流速达到最大值(约0.25 cm/s);25°W以西海区,7月至翌年1月流向向东,2～6月北赤道逆流减小,并有西向流产生.2°S～2°N,15°W以东海区的南赤道流在1～3月、9～10月流向向东,其他月份流向向西.南赤道流可认为是由南、北两支西向的海流构成,这两支海流的流轴分别位于6°S和1°N,在6～7月北支流速达到最大值0.6 m/s.南美洲纳塔耳东部西北向的北巴西海流流速月际变化不大,在5～6月份流速达到最大值0.3～0.4 m/s.相应的卫星风场遥感资料的分析表明热带大西洋表层环流结构的月变化特征与风场的分布及变化有较好的对应关系.用World Ocean Atlas 2001的月平均温盐数据反演出来的表层地转流场以及卫星跟踪ARGOS漂流浮标观测进行的对比验证表明,上述遥感分析的地转流场结果与水文数据以及海上观测结果一致.     

太湖大浦口湖区湖流特征分析

湖流是造成湖泊污染扩散,泥沙起动与输移等过程的主要动力学因素。构成湖水运动的物理机制很杂。风将其部分能量传给湖水,湖水在湖盆形态因素制约下,在吸收风能的同时,产生摩擦流。在派生力场,水位压力梯度场的作用下,形成风波流及补偿流。另外,由于湖水定振振荡而引起的波流也是重要形式。湖泊中以密度流和吞吐流形式存在的流场一般较弱。本文所分析的湖流,实为各种形式湖流的合成流。     

围填海对伶仃洋水流动力的短期影响模拟研究

利用已经过验证的高分辨率三维海洋动力模型FVCOM,根据1984—2014年内伶仃洋的围填海变化情况,结合情景模拟案例,研究分析围填海对伶仃洋水流动力的影响,探究截流式和顺流式围填海对伶仃洋不同季节的水平余流场、垂向环流结构以及潮汐变化过程的影响。研究结果表明,围填海对伶仃洋的余流流向没有明显影响,但对余流速有较大的影响。在水平方向上,截流式围填海使得周边海域的余流速明显增大,增幅在0.02～0.25 m/s不等,其中口门区域受到的影响最大;相较于底层流场,表层流场受围填海的影响相对更大,围填海以南的较远海域在表层出现一条强度逐渐减弱的流速减小带,减幅在0.02～0.15 m/s不等,且影响范围与流场的分布密切相关,在夏季向南延伸,在冬季向西南延伸。顺流式围填海的影响则主要分布在伶仃洋两侧沿岸,并且不同季节的影响特点有一定区别,在夏季使得内伶仃洋东岸海域流速增大,但在冬季使其流速减小,变化幅度均在0.02 m/s以上。在垂直方向上,围填海使口门区域余流的纵向流速梯度增加,并且改变了伶仃洋余流的垂向分布情况,总体表现为远离围填海的海域表、底层余流的流速减小,中上层余流的流速增大;与此同时,围填海大幅度改变了周边海域的横向流速,并且在伶仃水道、矾石水道等区域产生了新的横向环流。围填海使得河口至围填海的余水位明显上升,使得伶仃洋海域的余水位下降,余水位梯度的增大是围填海周边余流速增大的主要原因。另外,围填海影响了伶仃洋的潮汐变化过程。在大潮期间,围填海改变了伶仃洋海域涨落潮时的潮流流速,使得周边海域落急流速增加,较远海域落急流速减小,而涨急流速都减小;同时,围填海使得海域涨落潮时的潮位受到一定影响。围填海最终使得伶仃洋的潮汐相位提前了20～35 min。     

赤道海洋波致Lagrange余流的弱非线性动力学模型及其解

基于一个连续层化赤道海洋波动的弱非线性动力学系统,推导并建立了由最低阶Ｌａｇｒａｎｇｅ余流体现的包含波致、风生等效应在内的热带海洋余环流基本方程组,经分析发现,零阶赤道以动自身的非线性耦合可产生一阶余流,其量级对于热带上层海洋准定常环流而言是不可忽略的。波致环流的产生紧缩联系于Ｌａｇｒａｎｇｅ轨迹运动与波流的非线性耦合效应,所导出的最低阶赤道波致Ｌａｇｒａｎｇｅ余 一般解具有与零阶波动不同的垂直与     

Simulation of the Circulation and Space Structure of Thermohaline Fields in the Sevastopol Bay with Regard for the Actual External Data (Winter, 1997)

We discuss the results of the numerical experiment aimed at the simulation of the behavior of currents and transformations of the temperature and salt modes in the Sevastopol Bay in January–February 1997. In the numerical analysis, we use actual data on the velocity and direction of the wind, sea surface temperature, and the discharge of River Chernaya. It is shown that the circulation and structure of hydrological fields are mainly connected with the direction of the wind, its intensity, and variability in the course of time. Since the analyzed water area is shallow, the currents inside the bay undergo rapid transformations (less than for an hour after changes in the wind). At the same time, the transformations of the thermohaline fields are slower. Due to the inflow of fresh waters of River Chernaya and salt waters from the open sea through the strait, the structure of thermohaline fields formed in the bay is nonuniform (both in the vertical and horizontal directions). The distribution of salinity plays the main role in the formation of the vertical stratification, which is natural for the winter season. Due to the process of freshening of water, a quite high vertical salinity gradient is formed in the upper layer of the sea. As a result, the process of cooling does not lead to the appearance of convection and inversions of temperature are formed in the case where warmer waters are located in the bottom layers. __________ Translated from Morskoi Gidrofizicheskii Zhurnal, No. 2, pp. 60–76, March–April, 2005.     

太湖夏季环流成因的数值研究

强潮河口盐水入侵对饮用水源地危害极大。基于平面二维水动力盐度模型, 对典型强潮河口—钱塘江的水动力及盐水入侵过程进行了数值模拟研究。结果表明枯水径流时盐度变化与潮位过程曲线类似, 潮差对盐度大小影响显著, 径流量的增加将逐渐减小其相似程度。当流量增加到一定程度后, 继续增加的一定径流量所产生的抑咸效果减弱, 水资源有效利用率降低, 此时允许水源地盐度超标并改从蓄淡避咸水库取水可有效节约水资源。盐度平面分布显示, 盐水入侵在强潮河口弯道处受涨潮流主流线影响明显, 靠近主流线一岸的盐度大于对岸, 单从盐水入侵角度考虑, 强潮河口弯道段的取水口应设置在远离涨潮流主流线一岸。钱塘江河口盐度数值模拟对于研究减轻盐水入侵对水源地危害的措施具有指导意义。     

白洋淀水循环特点及其对生态环境的影响

在理想假设下,利用MITgcm模式研究了风对白洋淀内水体循环流动的影响。研究指出:(1)风应力可看作是水体循环的主要驱动力;(2)在风应力的作用下,水体表层的流动主方向与风的方向一致,下层水体的流动方向与表层方向相逆或近似相逆;(3)表层以下水体流动复杂,次表层水平流动有明显的双漩涡结构;(4)淀底地形对水体垂向流动影响很大,垂向速度变化复杂,垂向上有双涡流动现象,靠近岸边多有上升流和下降流;(5)淀内水体流动沿着水平和垂向两个方向流动,在冬季和夏季流向相反。在分析以上流动特点的基础上,讨论了流动对各个不同子区域的生态环境可能造成的影响:I区域是一个相对独立的水体区域,该区域内的水体污染物自成系统,与外界交换较少。而对A、B、C、D四个区域内的污染物分布等要统一考虑,四个区域内的水体交换,可看作是一个统一的整体。E、F区域内的水体流动受到上述A、B、C、D四区内双涡流动的影响,但在这两个区域靠近岸边有强烈的上升流和下降流,有可能使得污染物的分布更加复杂。G、H水深很浅,水流速度缓慢,受到污染后污染物不易扩散。     

渤海及黄海北部的风海流数值计算及余流计算

依据黄渤海实测风的资料对渤海及北黄海进行了月平均风海流数值计算。计算表明 ,1月份在西北风的作用下 ,在渤海出现 1个逆时针旋转的环流 ,在辽东湾北部及黄海北部出现 1个顺时针旋转的环流 ,渤海海峡的海流北进南出。 7月份在南风和东南风的作用下 ,风海流的变化形式与 1月份大致相反 ,海峡处呈南进北出的形式。对渤海中部某点 1年的潮流资料通过低通滤波的方法计算逐时的余流值 ,得到该点 1年内表层最大的实测余流为 31.9cm/ s,全年 90 %多的时间内表层余流小于 10 cm/ s。对辽东湾北部某点和渤海湾西南部某点数月潮流资料也进行了低通滤波 ,并将得到的逐时余流与同步风作了比较。依据该 2点风和余流的关系以及黄海北部 6个点风和余流的关系验证了风海流数值计算的结果 ,表明在这些点上实测与计算结果拟合良好     

Study on the current structure of the thermohaline front in the southeastern entrance of the Yellow Sea during winter

A thermohaline front is located at the southeastern entrance of the Yellow Sea in winter, and it is generated by the intrusion of warm saline water into the Yellow Sea caused by a strong northerly wind. Recently, a westward transversal current traveling away from the west coast of Korea toward the open sea area along the front was reported. The westward transversal current is dominant in the surface layer during the temperature inversion period. The formation and structure of this current are examined using a numerical vertical ocean-slice model. When two different water masses meet, a front is formed and adjusted geostrophically. In this frontal zone, a horizontal pressure gradient flow by the vertically inclined isopycnal occurs under the thermal wind process in a baroclinic effect, and the cold fresh coastal water moves westward along the front in the upper layer. The barotropic effect across the front and the bottom friction effect strengthen the westward component of the velocity. The velocity of the bottom layer decreases remarkably in the increase of the bottom drag coefficient. This means that the bottom friction with the strong background tidal current causes a reduction in the current in the bottom layer.     

潮汐和风对马六甲海峡海流的影响

基于非结构有限体积法海洋模型FVCOM(Finite-Volume Community Ocean Model), 建立了马六甲海峡及其毗邻海域高分辨率水动力数值模型, 研究了风和潮流作用下的余环流结构以及水体输运特征。结果表明, 马六甲海峡航道中央潮流运动以往复流为主, 边缘存在旋转流; 主要研究区域内落潮流速略大于涨潮流速, 东南窄道处流速最大; 因峡道束窄变浅, 在涨落潮过程中潮流发生汇聚与分离; 主要研究区域东南段存在3个显著的潮致余环流; 东北季风驱动时模型响应为海峡海流整体向西北方向流动, 西南季风时反之; 季风期间潮致表层余环流结构被破坏, 但底层余流仍存在水平环流结构, 且随着风速增加, 底层余环流的数目、大小、形状、位置均会产生变化; 季风过渡期余环流结构也会发生部分改变, 尤其是小潮期间风场影响效果显著。     

Numerical study of the summer temperature decrease induced by the enhancement of estuarine circulation in Fukuoka Bay

The Princeton Ocean Model with realistic bottom topography has been used to investigate the summer temperature decrease in the past 25 years in Fukuoka Bay. The vertical mixing of the model is expressed by a scheme that effectively includes the influences of interannual variations of tidal currents and wind. The results show that the historical temperature decrease in summer has been caused by tidal currents and wind weakening in the past 25 years in Fukuoka Bay. The weakening of tidal currents and wind gives rise to weakening of the vertical mixing, and to enhancement of the estuarine circulation in the bay. The enhancement of the estuarine circulation activates the inflow of open-ocean water toward Fukuoka Bay. Coastal water in summer has therefore tended to be colder and more saline in the past 25 years. This interannual variation in coastal waters is called “open-oceanization” in this study. On the basis of the numerical model, it is anticipated that the temperature will decrease by 0.2°C in the next 25 years in Fukuoka Bay if the tide and wind weaken persistently as in the present bay.