波浪作用下渤海湾近岸海域污染物的输移扩散规律

用物理模型实验和数学模型计算相结合的方法,研究了均匀缓坡岸滩上,规则波及不规则波浪作用下形成的沿岸流及其对岸边排放污染物输移扩散的影响。针对渤海湾的地形和主要波浪方向,研究了渤海湾主要排污口附近单纯波浪以及波浪、潮流共同作用下近岸海域内流动速度分布与相应污染物输移扩散规律。结果表明,在渤海湾近岸海域(一定范围内),污染物输移扩散受到波浪作用的影响,表现为平行岸线方向。波浪作用使得远离污染物排放口的滩涂受污染的影响增大。     

渤海海域表层沉积物中的多环芳烃综述

为保障渤海海域的污染物控制和生态环境保护,文章基于已有监测数据,分析渤海海域表层沉积物中多环芳烃(PAHs、LPAHs、HPAHs和CPAHs)的分布、来源及其与沿岸陆地的相关性。研究结果表明:PAHs、LPAHs、HPAHs和CPAHs含量最高的海湾分别为莱州湾、渤海湾、辽东湾和渤海湾,3个海湾均以LPAHs为主;PAHs及其各类组成的来源主要包括入海河流携带的陆源污染物,海流输送并沉积的泄漏原油以及港口、城市和工业基地的排放污水;PAHs的分布受沿岸土地开发利用以及工业和城镇建设等人类活动影响较大,且沿岸土壤中的PAHs对海洋环境造成破坏。     

较大尺度下潮流物模试验理论可行性的数值研究

以渤海及其局部海域为例,通过数值模拟量化地转缺失对水动力过程的影响,评价不同空间尺度下实施潮流物理模型试验的理论可行性。结果表明,对整个渤海、辽东湾这么大尺度的海域实施物模试验理论上是不可行的;对90km尺度的渤海湾,地转缺失使模拟结果存在较大偏差;对莱州湾61km尺度的海域可进行物模试验。研究确定60km为实施潮流物模试验一般的理论允许尺度。     

海岸工程对渤海湾风暴潮高潮位影响分析

渤海湾是全世界受风暴潮灾害最严重的地区之一。近年来渤海湾建设了大量的大型海岸工程,为研究其建设以后风暴潮可能发生的变化,采用大-中-小区域多重嵌套方法,建立渤海风暴潮二维数值模型。以对渤海海域影响最显著的9216、9711台风和2003年10月三次风暴潮为例,对渤海湾大型工程实施前、后的风暴潮过程进行模拟,分析工程实施后风暴潮高潮水位变化,为工程实施可能对风暴潮防护带来的影响提供基础。计算表明,由于沿岸围垦减小海域的纳潮受水面积,海水被挤压抬升,渤海湾海域工程后风暴潮高潮位普遍抬升。在特大风暴潮作用下,水位最大升高可达0.10 m以上,在堤防设计中需引起重视。     

渤海岸线地形变化对潮波系统和潮流性质的影响

采用有限体积近岸海洋模型FVCOM,基于渤海2004和2014年的岸线地形数据,构建渤海2个年份的三维潮汐潮流数值模式;通过数值模拟研究,探讨了渤海岸线地形变化对潮波系统和潮流性质的影响。数值模拟结果表明:岸线地形变化后,半日分潮潮时在渤海湾、莱州湾和渤海中部东南海域提前,在辽东湾和渤海中部西北海域滞后;振幅在渤海湾及辽东湾增大,在莱州湾及渤海中部减小;位于秦皇岛和黄河口的半日分潮无潮点位置分别向西南和东南方向移动。渤海绝大部分海域全日分潮潮时提前,振幅增大,位于渤海海峡的全日潮无潮点位置向东移动。潮流性质系数在莱州湾增大,在渤海其他大部分海域减小,渤海规则半日潮流海区范围略有增加,不规则半日潮流海区范围相应减少。     

水交换作用下渤海纳污承载能力研究

将渤海分为莱州湾、渤海湾、辽东湾和渤海中部4个不同区域,讨论了在水交换作用下渤海水域污染面积与污水排放量的相关性,建立了渤海海域污染物累积量的计算方法,对渤海承载排污的能力进行了分析。结果表明:在陆源污染物排放以一定增长率逐年增加的情况下,渤海海域的纳污承载力为230～278亿t左右,其中莱州湾海域的纳污承载力为62～63亿t左右,渤海湾海域为40～41亿t左右,辽东湾海域为44～52亿t左右。文中的分析方法对于判断和预测海洋资源环境承载能力具有借鉴意义。     

台风“利奇马”对渤海风暴潮影响研究

利用实测资料对比和FVCOM数值模拟等方法,研究了"利奇马"台风风暴潮在渤海的演变规律。研究表明:渤海沿岸的风暴潮过程是由局地风"直接作用"及外部天气系统"间接影响"共同作用引起的,且它们引起的风暴潮时空分布明显不同。在"利奇马"台风风暴潮中,"直接作用"引起的风暴增水在渤海湾和莱州湾沿岸分别约占总风暴增水的2/3和1/2。     

渤海中部海域表层潮流和余流特征分析

利用2014年各月浮标观测得到的表层海流资料,对其进行调和分析,基于调和分析结果对渤海中部潮流和余流特征进行研究。结果表明:渤海中部大部分海域潮流性质属于不正规半日潮性质。渤海中部水深较浅,浅水分潮的影响不可忽略,其中M4分潮的影响更为显著;潮流运动形式除西部和北部两个浮标点为往复流以外其余均是旋转流,旋转方向均为逆时针;渤海中部实测涨落潮流除最北端的2号浮标点较强以外,其他均小于75 cm/s。涨落潮流的强度较一致。渤海中部的余流除4号浮标点以外均为偏向北的流动,表层月均余流的季节变化不太明显。本文推测渤海中部环流的流动特征为顺时针。冬季渤海中部表层余流受制于风的作用,春、夏季某些区域余流受到风的影响较大,是潮汐余流和浅海风海流的合成。而靠近岸边的1号浮标点以潮余流为主。     

基于长期浮标观测资料与数值模式的渤海潮流性质研究

基于渤海7个大型浮标各近1年的海流观测资料,结合采用FVCOM模式建立的渤海潮汐潮流模式,对渤海的潮流性质进行分析,并将结果与1992年版海洋图集进行比较。结果表明:辽东湾、渤海湾属规则半日潮流;莱州湾的大部属规则半日潮流,小部分为不规则半日潮流;渤海中央及渤海海峡海域属不规则半日潮流;渤海海峡东南侧存在以烟台芝罘岛为中心的规则全日潮流向不规则半日潮流过渡区域。海洋图集中龙口附近海域的不规则全日潮流类型区并不存在;莱州湾湾底东部的不规则半日潮流区为规则半日潮流类型。     

渤海湾寒潮风浪谱的探讨

寒潮天气过程的风浪是渤海最危险的大浪之一。本文通过对1968年11月上旬一次寒潮天气过程风浪的连续资料分析,指出冬春季节,寒潮过境后偏北大风期间,渤海湾海域风浪频率谱的发展和消衰主要受制于风速。文章还讨论了风浪谱形状参数和尺度参数的变化规律,给出相应计算公式。     

渤、黄海天文潮—风暴潮相互作用及其对极值水位的贡献

基于Delft3D模型建立了中国渤、黄海风暴潮数值模型,选取1979—2020年影响该海域的93场风暴过程（包括台风、寒潮和温带气旋）,模拟了所产生的风暴增水和风暴潮总水位。采用泊松—皮尔逊复合极值分布理论,推算了渤、黄海对应不同重现期的极值水位;通过数值试验,对天文潮—风暴潮非线性相互作用对极值水位的贡献进行了量化分析。研究结果表明,渤海的莱州湾、渤海湾,以及黄海的江华湾、西朝鲜湾风暴增水最大,其中江华湾北侧和渤海湾西南侧的百年一遇风暴增水可达4 m;天文潮—风暴潮非线性相互作用在潮差较大、水深较浅的河口、湾顶区域更为显著,与耦合模型结果相比,非线性作用使极值水位值偏小,天文潮、风暴潮增水的线性叠加可显著高估极值水位,高估的幅值可达0.5~0.8 m。考虑重现期极值水位是海岸灾害防护工程的关键设计参数之一,对海岸构筑物的安全和建造成本影响极大,应重视天文潮—风暴潮非线性相互作用对重现期水位的影响。     

基于海气耦合模型的渤海两种类型风暴潮数值模拟与对比分析

渤海一年四季都易受到由温带风暴和热带气旋所致风暴潮的影响。为了缓解风暴潮灾害对海岸地区人员生命财产的影响,十分有必要了解大型风暴潮的发生过程和机制。目前大部分研究主要局限于单一的温带风暴潮或台风风暴潮。本文利用所构建的海气耦合数值模型研究了发生于渤海的两种类型的风暴潮,对发生在渤海的2次典型强风暴潮过程进行了模拟。由WRF模型模拟得到的风场强度和最低海平面气压与实测数据吻合较好,由ROMS模型模拟得到的风暴潮期间水位变化过程与潮位站观测结果也吻合较好。对两种类型风暴潮期间的风场结钩、海面风应力、海洋表面平均流场以及水位分布进行了分析对比,并将耦合模型结果与非耦合模型结果进行了对比。研究表明,渤海两种类型风暴潮期间的风场结钩、海面风应力、海洋表面平均流场以及水位分布等均存在巨大差异。渤海风暴潮的强度主要由海洋表面的驱动力所决定,但同时也受海岸地形地貌的影响。     

风暴潮三维数值计算模式的研究及在渤海湾的应用

以实验室二维温带风暴潮数值模型为基础,综合考虑海洋潮波动力与风应力联合作用,建立温带风暴潮三维数值计算模型.模型从推导三维风暴潮基本控制方程出发,并应用交替方向隐格式(ADI)方法对方程进行离散求解.对于浅水动边界,模型采取局部深槽、缩小水域的活动边界处理方法.利用拟三维数值计算方法,并提出了非平面水深等分模式和平面等水深分布模式,应用这两种计算模式分别对渤海湾2009年5月8～10日发生的风暴潮过程进行了数值模拟.将风暴潮位计算结果和增水位计算结果与塘沽验潮站的实际观测数值进行对比验证,结果显示受风应力与潮波联合作用的风暴潮位和增水位与实测数据吻合良好;通过比较得到了平面等水深分布模式的计算成果要比非平面水深等分模式的计算成果更接近观测资料的结论,为风暴潮预报提供了理论依据.     

东南沿海台风风暴潮增水过程中非线性机制和地形的作用研究:以1509号台风"灿鸿"为例

本文基于FVCOM（Finite Volume Community Ocean Model）构建了一个覆盖中国渤海、黄海和东海的数值模型,采用NCEP-CFSR风场数据对1509号台风“灿鸿”产生的风暴潮进行模拟,与实测水位数据的对比表明该模型可靠、模拟结果合理。基于此模型,本文对非线性作用和地形在风暴潮增水过程中的作用进行了研究。首先,重点分析了增水过程中潮汐与风暴潮的非线性作用,结果表明：高潮时非线性作用使增水值降低;低潮时非线性作用使增水值升高。另外,开边界处分别只添加M₂、S₂和K₁分潮,分析天文潮的潮高和周期对非线性作用的影响,结果表明：潮高越高,非线性作用越明显;半日潮的非线性作用较全日潮更明显;并且,增水极值附近出现的半日周期的波动也与非线性作用有关。其次,除了非线性作用,地形对风暴潮的增水也有一定影响,本文改变地形的实验结果表明：坡度越大,增水极值越小。琉球群岛的存在使得东南沿海出现风暴潮增水的面积减小,但使得风暴潮增水的高值区域扩大。     

SIMULATION OF WIND FIELD AND THE NUMER-ICAL CALCULATION OF STORM SURGE OF THE BOHAI SEA

Up to now, available method of numerical forecasting and suitable wind field model for the Bohai Sea storm surge have been few. In this paper, through the analysis of the weather situation is presented a mathematical model for the wind fields involved mainly the deformation field of a high pressure matched with a low pressure, the temperate cyclone, the cold wave and the northword typhoon. Meanwhile, numerical computations combined with the nonlinear storm surge models are made by using "ADI" method. The computed results are generally coincident with the practical observations. It has showed a success in the simulated wind field and the feasibility of using "ADI" method to forecast the Bohai Sea storm surge.     

冬、夏季渤黄海表层沉积物粒度特征差异及其成因分析

对渤海、黄海海域冬、夏两季表层沉积物取样,通过激光粒度仪得出粒度参数,进而分析讨论冬季强的沿岸流的作用、黄海暖流、夏季冷水团的影响以及地形、海底地貌特征、物源特征等对表层沉积物分布造成的影响。结果表明,冬、夏两季渤黄海表层沉积物粒度特征总体上相差不大,但部分海域如渤海中北部、渤海中南部、北黄海西北部近渤海海峡北部海域、山东半岛东北部海域、南黄海中部沉积物粒度特征存在明显季节性差异。表层沉积物粒度特征季节性差异与地形地貌、沿岸流、黄海暖流、黄海冷水团及物源密切相关。本研究对于探讨渤黄海不同季节表层沉积物沉积特征的影响机制、了解渤黄海区海洋动力过程的季节差异有积极意义。     

渤海海域冰水共存期的波能流密度推算

为给寒区海域的波浪能估算提供科学依据,提出一种合理推算冰水共存海域波浪条件及波能流密度的方法,该方法将海冰模型与水动力学模型耦合模拟得到的冰浓度以线性修正函数的方式纳入波浪模型的海面摩阻风速方程中,并基于MCT (model coupling toolkit)耦合器将海冰模型、水动力学模型与波浪模型进行实时耦合。基于该方法模拟了渤海冬季寒潮大风期间的海冰以及波能流密度的演化。模拟结果表明,在2012年2月5~8日寒潮大风期间,结冰区域占到渤海总面积的1/3,约有76%的渤海海域的平均波能流密度受海冰影响减小,其中辽东湾近岸的波能流密度平均受冰影响最多减小了100%,而渤海湾和莱州湾近岸受冰影响最多分别减小了60%和50%。即使是无冰覆盖的老铁山水道,其波能流密度的最大值也受冰影响减少了14%。耦合模拟可以更为准确地对渤海冬季的波能流密度分布进行评估,为波浪能发电厂选址提供依据。     

海平面上升对北部湾风暴潮增水影响研究——以 2012 年台风“山神”为例

全球变暖引发的海平面上升将加剧风暴潮增水,进而危及沿海经济发展与社会安全保障。本文基于模型耦合与模型嵌套技术构建北部湾台风风暴潮数值模拟系统,以2012年台风"山神"为天气背景,通过设计7组情景模拟研究未来不同海平面上升背景下北部湾风暴潮增水变化。结果表明:风暴潮期间水位从南向北沿北部湾逐渐涌高,最高水位发生在广西沿岸,达2.4 m以上。天文潮和台风风场拖曳力是形成高水位的主要驱动力,其中天文大潮和最大风场拖曳力对最高水位的贡献率分别约占70%和30%。海平面上升对风暴潮增水的影响具有时空非线性和非均一性特征。其中,潮位波动和波-流耦合效应会改变实际最大增水发生时间,导致钦州湾附近高潮位大致提前1天半,海平面上升1.1 m使得最大风暴潮增水大致提前30 min;未来海平面上升0.66～1.1 m将导致北部湾大部分海域风暴潮增水幅度放大6%～10%,广西沿岸钦州湾和大风江河口出现负增加效应,可能与溺谷海湾地形特征有关。研究结果可为未来北部湾沿岸防御风暴潮灾害提供理论依据。     

Simulation of the seasonal thermal structure in the Bohai Sea

The seasonal thermal structure in the Bohai Sea are examined with a three-dimensional boroclinic primitive equation model for shelf sea.The evolution of the seasonal thermal stratification is well simulated.The stratification appears early in April,first in the area off Qinhuangdao and it is well developed in the middle of May.It intensifies with synoptic and neap-spring fluctuations throughout the summer and reaches its maximum in the middle of July.Eventually,it is destroyed at the end of September.There are cold water belts between well-mixed and stratified regions.They are loGated on the mixed side of tidal fronts,and coincide with the isolines for a temperature difference of 1-2℃ between surface and bottom.The sea surface temperature (SST) distribution shows local maxima at the head of three bays and to the south of Qinhuangdao during the summer.The Bohai Sea responds to the variability in the atmospheric forcing and in tides with the synoptic and neap-spring variations of SST,as well as in the stratification and in variable positions of tidal fronts.