渤海冬季三维环流数值模拟

基于冯士笮所给出的一种浅海环流模型，采用数值方法，对渤海冬季进行环流的数值模拟，给出了冬季三维风生环流和正压环流（含潮余流）。分析了潮致Ｌａｇｒａｎｇｅ余流对冬季环流的贡献及黄海暖流余脉对渤海冬季环流的影响。最后对风生环流和正压环流的特征进行了分析和讨论。     

黄、东海环流的数值研究Ⅳ——斜压环流的诊断计算

基于黄、东海Lagrange环流数值模型 ,对黄、东海Lagrange斜压环流进行了诊断计算。采用流速分解法将La grange流速分解为梯度流、风海流、潮致余流、热盐环流、零阶环流耦合流 5种分量 ,实现三维计算的准二维化。计算结果较成功地模拟了冬夏两季黄、东海Lagrange环流 ,表明密度环流在冬、夏季均是东海环流的重要分量 ,可显著增强了东海黑潮、东海黑潮、台湾暖流和对马暖流 ;在夏季还是黄海环流的主要分量。     

东中国海潮余流自适应数值模拟

以自适应数值模型首次计算整个东中国海三维 M2 分潮潮致 Euler余流、Stokes漂流和L agrange余流 ,并分析各海区 L agrange余流的特征。渤海 M2 分潮致 L agrange余流在整个海域基本形成一个大的逆时针环流系统 ;辽东湾有一个逆时针流环。在黄海 ,潮致余流也是黄海环流的重要组成部分。在东海的东北部 ,潮致余流有强化对马暖流的作用 ;在台湾北部海域 ,潮余流对台湾暖流有强化作用。在近海海域 ,由于复杂地形的作用 ,潮流非线性作用加强 ,潮余流的量值有较明显的增加。计算结果表明 :在浅水区域 ,Stokes漂流较大 ,Euler余流与 Lagrange余流差别显著     

渤、黄、东海夏季环流的三维斜压模型

基于拉格朗日时均观点描述环流，建立起潮流与准定常流共同占优势系统中的陆浅海环流模型，并诊断计算了夏季渤、黄、东海的三维环流图。模拟结果较好地再现了渤、黄、东海主要流系的特征。对照冬季结果，对渤、黄、东海环流的季节变化做了阐述。从环流垂向分量的分布图上，可发现渐闽近海、长江口外存在较明显的上升流区。另外，对夏季渤、黄、东海的热盐环流和潮致余流分别进行了模拟，发现它们均能在黄海构成一逆时针向的五流系统，这对形成和维持夏季黄海冷水团的存在有重要作用。热盐环流的模拟结果表明，黄海冷水团环流含有“热成流”的成分；通过Lagrange余流的计算发现环绕黄河冷水团的环流还含有“潮成流”的成分。     

地形变化下渤海湾M2分潮潮致余流的相应变化及其对污染物输运的影响

利用嵌套模式通过流速驱动对渤海湾的潮汐潮流进行了高分辨率数值模拟,分析了开边界条件的选取对渤海湾潮致余流模拟的影响。并用定点观测流速资料验证了在渤海湾流速作开边界条件驱动模式的模拟结果。近年来由于围海造田,使渤海湾海岸线向里推进,岸线变的更加平缓。在渤海湾新旧地形下,对渤海湾环流进行了模拟,分析了地形变化对渤海湾环流的影响。结果表明,渤海湾西北角的顺时针流环在新地形下消失,并表现为较强的逆时针流,湾口双环结构依然存在,但南部流环在新地形下由于受到西部强的逆时针流而变弱,流环半径减小。通过分析潮致Lagrange余流场和调查的污染物浓度分布特征发现,渤海湾的污染物分布特征与Lagrange余流有很强的相关性,Lagrange余流结构影响了污染物的分布特征,新旧地形下余流场的改变也导致了污染物浓度场分布特征上的变化。     

2000年夏末和翌年初冬渤海水文特征

利用2000年夏季和2001年冬季渤海两次CTD资料,系统分析了渤海冬、夏季温盐密度的分布特征,并揭示了渤海现有的水文特征与以往研究结果相比存在一些新现象,表现在:夏季在渤海海峡、辽东湾口和渤海湾口中部中、下层存在3个低温中心,在渤海中部则出现1个上下均匀一致的高温中心;冬季等温线以渤海海峡暖中心向西和向北两个方向伸入渤海,而从秦皇岛外海有一冷水舌向东南方向伸展,在渤海中部海域形成"马鞍状"等温线结构.冬、夏季渤海盐度比以往有显著升高,并明显高于北黄海西部,盐度分布势态表现为渤海湾高盐,渤海海峡低盐特征.密度分布表明:夏季渤海的密度流较强,并在中部可能存在多个密度流涡环;冬季渤海"马鞍状"温盐结构反映其环流结构要比以往研究结果复杂得多,黄海暖流(余脉)在渤海存在分支现象.利用模式对其进行密度流的诊断模拟,结果和实测温盐场符合较好.     

Numerical modelling of Lagrangian residual current in the Bohai Strait

The Bohai Strait is the only passage-way of the semienclosed Bohai Sea into the outer ocean. The various dynamical processes have great effects on both sides of the strait, especially on the Bohai Sea. Tidal current dominates in the strait, and among the tida! components the M, component tide is prevailing.The seawater in the strait is homogeneous vertically almost the whole year because of strong tidal mixing. The M, component tide was simulated numerically using two dimensional barotropical model, and the Eulerian tide-induced residual currents were also deduced. The results showed that the tidal currents were dominated by the coastal line and topography. There exist many eddies in the tide-induced residual current fields, particularly near the northern coast.On the basis of the simulation of the tidal currents, the movements of the water particles in the strait were tracked by means of Lagrangian techniques. Consequently the Lagrangian residual currents were obtained. Somewhat similar to the Eulerian     

渤海的潮汐余流

本文采用二维非线性潮波微分方程,依据目前的海图对渤海M_2、S_2、K_1、O_1的潮汐余流进行了数值计算,并进一步计算了由这4个分潮组成的总潮汐余流。计算表明,渤海以M_2的潮汐余流占主要地位,S_2、K_1、O_1的潮汐余流具有大约相同的量值。但是,它们比M_2小一个量级。为探讨渤海潮汐余流自30年代以来的变化情况,本文还依据30年代的渤海海图和设想数十年后渤海的海图,对M_2进行数值计算,求得这二个时代的M_2潮汐余流。结果表明,自30年代以来,莱州湾的潮汐余流发生了很大的变化。     

Some numerical experiments of the dynamics of the wintertime circulation in the Northern Huanghai Sea and the Bohai Sea

Some numerical experiments have been developed to explain dynamically the mechanism of the formation of the wintertime circulation in the Northern Huanghai Sea and the Bohai Sea. From the results of the numerical experiments with Coriolis parameter having positive and negative values respectively, it is found that the current pattern characterized by flowing into the Bohai Sea in the northern part of the Bohai Straits and flowing out of the Bohai Sea in the southern part of the Bohai Straits is controlled basically by the bottom topography with "the deepness on the northern side and shallowness on the southern side'in the Bohai Straits, and is not related to Coriolis parameter having positive and negative values. It also shows that the Huanghai Warm Current regarded as the inllow condition passing through the in-ports at the water boundary of the numerical experiments only influences the region near the water boundary and the eastern region of the Northern Huanghai Sea. In addition, the mechanism of the     

北部湾潮致、风生和热盐余流的三维数值计算

基于二阶湍流闭合模型计算涡动粘性系数的POM三维水动力模式，研究采用细网格，考虑了6个岛屿的影响，海底磨擦系数进行划片取值，把作为强迫力的潮汐、风力和热盐统一在一个模型中，诊断计算并获得了北部湾三维潮致－风生－热盐余流。用实测资料对计算结果进行了验证，显示了本研究结果的合理性。同时给出了潮致余流、风生流和热盐余流，并且对各因子的作用做了比较和分析，结果表明风生流占主要成分。     

东中国海拉格朗日环流数值模拟Ⅱ.环流模拟

依据自适应数值模型，模拟了东中国海冬、夏季三维斜压Lagrange环流。模拟发现：台湾暖流的上层水来自台湾海峡入流和台湾东北黑潮的表层水；50m以下的深底层水主要由台湾东北黑潮的次表层水入侵陆架生成。冬季对马暖流外海一侧主要由黑潮水构成，而其近陆一侧由台湾暖流和陆架混合水构成，西朝鲜沿岸流在济州海峡汇入对马暖流；夏季它还包含转向后的长江冲淡水。冬季黄海暖流并非对马暖流的直接分支，黄海暖流水是对马暖流水和陆架水混合而成，这与传统观点相悖，而与中韩黄海水循环动力学合作调查结果一致。黄海暖流东西两侧分别为2支向南流动的滑岸流。夏季黄海环流构成基本封闭的逆时针环流。冬季渤海环流主要有一逆时针大环流，但辽东湾的环流是顺时针向的。渤海环流冬强夏弱，水流在渤海海峡北进南出。     

渤海潮流及湖余流的数值计算

渤海是我国重点保护水系之一。为了控制水域污染,制定废水排海标准,首要步骤须查明入海污染物质的扩散过程。在渤海,潮流是形成污染扩散的主要营力之一,为此首先计算渤海的潮流及潮余流场。近二十年来,随着电子计算机的迅速发展和计算技术的进步,潮汐动力学进入了数值研究的新阶段。这一新方向的特点,是以求解自然条件下长波方程的初值——边值问题为出发点,研究以往所不能解决的许多复杂现象。     

渤海夏季潮致-风生-热盐环流的数值诊断计算

基于正交曲线坐标的ECOMSED三维水动力模式,并考虑了潮汐、风和实测温盐场,诊断计算了渤海夏季三维潮致-风生-热盐环流,分析了渤海夏季潮致余流、风生和热盐环流的分布结构。结果显示,在夏季,渤海中部海区明显存在一个顺时针向的涡旋,同时渤海还存在着多个逆时针向的涡旋。通过分析和比较各个分量在总环流中的作用,认为夏季潮致余流是相对弱的;热盐环流在夏季总环流中占主要成分。     

三维潮致拉格朗日余流的数值计算及其在渤海中的应用

根据冯士筰教授于1987年导出的三维质量输运速度的控制方程组出发,在垂直方向上用三次样条函数为基函数作谱展开,水平方向上应用有限差分格式来求解方程组,然后将所提出的计算方法应用于夏季渤海环流,取湍粘性系数随深度变化模式,通过计算可知,潮致余流改变了一般认为夏季渤海环流为一逆时针方向大环流的简单结论,并得到了观测的初步支持。     

渤、黄海风生流场季节循环时空模态与变异

根据1978—2015年渤、黄海沿岸观测风应力场与二维非线性垂直平均风生流模式，以及旋转经验正交函数（REOF）、调和分析等方法，研究了渤、黄海月平均风生流速度势、流函数场季节循环时空模态与年际变异.渤、黄海月平均风生流速度势、流函数场主要有两种时空模态，季节周期分量是时空模态的主要分量.由于风应力场季节循环变异，渤海流函数场季节时空循环变异程度大于速度势场，速度势、流函数场第二模态是季节变异的主要分量，黄海速度势场季节时空循环变异程度大于流函数场，速度势场第二模态是季节变异的主要分量.由于月平均风应力场强度年际变化显著线性减弱，渤、黄海季节平均风生流场强度年际变化也显著减弱.渤、黄海暖流与冷水团季节生消是风生流水平环流与垂直对流对冷 暖水体输送与汇集共同作用的结果，渤、黄海春、夏季辐合上升环流延缓及减弱了浅层暖水向深层传播，是春、夏季冷水团与温跃层形成的重要动力因素，因此，速度势是研究渤、黄海风生流场十分重要的因素.冬季渤海中部、黄海东部反气旋型及辐散下沉环流与黄海中部气旋型环流、辐合上升环流是黄海暖流季节转换与强度的主要动力控制因素，夏季黄海东部气旋型环流、辐合上升环流与黄海中部反气旋型环流、辐散下沉环流是黄海冷水团季节转换与强度的主要动力控制因素.     

Numerical modelling of the tide-induced residual current in the East China Sea

-A two-dimensional.nonlinear numerical model is used to study the residual current generated by tides in the East China Sea (ECS)and the South Huanghai Sea (SHS). At first, the principal semidiurnal lunar tide (M2)and the tidal current are derived in these areas. The results obtained with the model are strongly supported by the observational results available. Then, the tide-induced residual flow is determined by using the currents generated by the tidal input. The main features of the residual current in ECS and SHS are presented by analyzing the calculated results. Some of the problems are discussed such as the cause of generating residual current and the contribution of the residual current to the observed current.     

渤海的环流、潮余流及其对沉积物分布的影响

阐明渤海环流和潮余流的分布特征及其与沉积物输运之间的关系。本文根据８０年代以来的实测海流资料得到：辽东湾的环流是顺时针向的；黄河三角洲外海存在着一支流向东北偏北向流，与辽东湾西部的东北向海流相接；渤海湾内的环流北部为反时针向，南部为顺时针向回转的双环结构。上述环流趋势与渤海沉积物分布相一致。渤海沿岸主要入海河流的特征矿物分布正在上述环流存在的最好佐证。文中进一步讨论了潮余流分布特征及其对渤海环流的     

A Lagrangian mean theory on coastal sea circulation with inter-tidal transports Ⅱ. Numerical Experiments

The results of the new concept of coastal sea circulation are demonstrated by numerical simulations for the first time. The numerical experiments in three types of rectangular model seas illustrate the dependence of circulation on tidal phases due to the convectively nonlinear effect which is estimated by a newly defined drift dispersion in-dex. Then, the present theory is applied in the Bohai Sea of China. At the Bohai Straits and the Huanghe River mouth area the circulation direction even reverses owing to different initial tidal phases which shows that the the-ory copes with nonlinearity well. The calculated M2 tide-induced residual circulation shows that a clockwise gyre exists in the center of an anticlockwise gyre in the central Bohai Sea due to the topographic features. In the Bo-hai Gulf the tide induced circulation shows a 3D structure with outflow at the surface and the inflow at the bottom which can partly explains the spread of the Huanghe River fresh water out of the Bohai Gulf and the inflow of the sediment from the Huanghe River.     

海洋模式中潮致混合调和分析参数化方案的建立

潮致混合对海洋环流的调整起着重要作用。陆架环流的数值模拟中如果不考虑潮汐作用，往往不能得到与观测相符的垂向温盐结构。本文基于调和分析方法，建立了一套潮致混合参数化方案。该方案通过对垂向混合系数进行调和分析，从而得到随时间变化的潮致混合系数。将该方案用于黄海冷水团数值模拟的结果显示，其能够得到与在数值模式开边界直接加入潮汐强迫相当的冷水团温盐结构。和直接引入潮汐强迫相比，这一潮致混合参数化方案的优势在于，它能够大大节省数值模拟计算机时，因此有望显著提高大规模高分辨率的海洋环流及气候模式的模拟能力和计算效率。     

渤海冬季风生环流的年际变化特征及机制分析

为探究渤海冬季风生环流的年际变化及机制,在近35年NCEP CFSR大气强迫下,利用ROMS海洋模式对渤海冬季流场进行了高分辨率的数值模拟。模式结果基本重现了已知的渤海冬季风生环流的主要特征。渤海冬季深度平均流场的EOF结果显示:首先,第一模态中风向的改变引起了一个环绕整个渤海的环流结构变化;其次,第二模态反映了渤海冬季环流存在的线性增强趋势与风场增强有关,尤其在1995年之后。从模式结果中发现,风场对渤海冬季流场存在的年际变化起到重要作用,风向的偏转对环流年际特征的影响强于风速变化。