东中国海潮波自适应数值模型及其数值模拟

首次为整个东中国海设计出一种自适应网格 ,利用自适应网格能同时兼顾网格的光滑性、正交性及疏密程度的特点 ,得到了物理平面上的网格分布。该网格既与边界适应 ,又在水深变化急剧的东海陆坡处得以加密 ,从而使坐标变换下的三维模式成功实现了跨越陆坡的计算。用该模式模拟了海域的潮汐变化。依据所得结果绘制出 M2 分潮的同潮图和潮流椭圆。模拟结果与现有的数值研究结果基本一致 ,表明此模式在该海域的适用性     

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。     

东中国海拉格朗日环流数值模拟Ⅰ--自适应环流模型

海洋环流是海洋科学研究的1个焦点.本文首次建立了东中国海环流自适应数值模型.由于所设计的自适应网格既与边界适应,又在水深变化急剧的东海陆坡处得以加密,从而使坐标变换下的三维斜压模式克服了跨越陆坡计算这一难题,并以期获得更为精确的数值研究成果.该模型基于Lagrange时均观点,而非Euler观点.它可计算海域三维斜压流场,从而得到其风生-热盐-潮致Lagrange环流.模拟结果与实测及现有的数值研究结果比较,合理可信.其中黄海暖流的起源问题,计算结果与传统观点相悖,而与近期实测结果一致.本文为系列报道之首篇.     

渤海湾潮致余流数值模拟研究

为了研究渤海湾潮致余流,运用Mike21模拟了渤海湾潮流场,揭示出潮波运动的规律,得到渤海湾的潮流场,在涨潮时最大流速为1.4m/s,落潮时最大流速为1.12m/s。根据欧拉余流的定义计算了潮致欧拉余流场,其最大流速为0.2m/s,中值为0.005m/s,在渤海湾北部区域和南部东营附近存在环状结构。在渤海湾不同位置释放自由粒子,通过粒子的运移路径发现渤海湾拉格朗日余流呈现双环结构。运用欧拉方法和拉格朗日方法分析渤海湾潮致余流场,阐明了渤海湾潮致余流的精细结构,可为渤海湾营养盐、沉积物或者污染物质的长期输送以及浮游生物、鱼卵等的迁移和分布规律等提供动力学基础。     

杭州湾潮致余流数值研究

运用１９５９年１０月－１９９２年５月在杭州湾２５０余测次海流周日连续观测资料，运用σ坐标系下的三维潮控制方程，模拟该湾的欧拉余流，进行欧拉余流产生机制的数值试验；并根据欧拉流动的数值计算结果，采用拉格朗日速度在欧拉流场的近似展开，求得水质点运动轨迹和速度。结果表明，杭州湾潮致余流的最大余流速度为４６．０ＣＭ／Ｓ，惯性效应是杭州湾潮致余流产生的主要原因，杭州湾拉格朗月余流场被逆时针的大涡旋控制，表层     

东中国海中风暴潮的一次数值模拟

中国沿海地区经常受西太平洋台风的侵害。人员与财富的大量损失是由强台风所引起的海面异常升高所造成的。     

东中国海环流及其季节变化的数值模拟

关于东中国海环流的研究，国内外学者已做了大量的工作。早期科学家们主要依赖于对温盐资料和少数测流资料的分析研究对渤、黄、东海的环流结构有了较系统和深入的认识。东中国海环流是由一个气旋式的“流涡”组成，东侧主要是北上的黑潮-对马暖流-黄海暖流及其延伸部分；西侧为南下的沿岸流系。黑潮对东中国海环流的影响是如此之大，以致于除了某些局部区域外，上述海域主要流系的冬、夏季分布形式比较相似而无本质上的差异(胡敦欣等，1993)。但本文所研究海域正处于世界上最显著的季风区，冬、夏季盛行风向基本相反，过渡季节(春、秋季)风向多变，风力减弱；海洋热盐结构季节变化明显(如冬季混合强，而夏季层化明显等)，这些因素都使得东中国海环流存在着较明显的季节变化。 自20世纪80年代以来，东中国海环流的数值模拟工作逐步展开，并已成为研究环流结构及其形成机制的强有力工具。但由于数值模式本身以及计算方案的缺陷(如有些学者用固定的风场、温盐场对东中国海环流进行诊断模拟等)和观测资料的不足，数值模拟的结果难以得到验证，渤、黄、东海的环流研究中仍有大量的问题存在争议，以待澄清。例如，台湾暖流的来源、流径;对马暖流的来源;夏季黄海暖流的流径以及黄海冷水团环流等均有不同的论述。对黄、东海环流季节变化的数值模拟工作也较少，多用冬、夏典型月份的风场强迫积分至稳定态，给出冬、夏季环流，这种做法值得商榷。三维环流模式很难在1个月内达到稳定态，尤其是夏季层化明显、风力减弱的情况下，非常定风场的影响更应引起人们的重视。 本文采用比较符合实际的计算方案，用年循环风场和海面热通量场为外强迫，对渤、黄、东海的环流及其季节变化进行了模拟，并对一些争议问题进行了探讨。     

南黄海潮流和潮余流的数值计算

一、引言南黄海是一个平均深度不超过45米的陆架浅海。其独有的地理条件,使该海域潮运动独具特征。早从本世纪三十年代开始,日本学者就已对黄海的潮汐进行了研究。近年来,我国、苏联、日本和南朝鲜等国学者又运用数值计算等方法进一步探讨了该海域的潮汐、潮流运动。然而,这些研究多偏重于揭示海域潮波运动的规律。对潮流的计算基本上未经实测资料校核。尤其是,对于由潮流的非线性效应所产生的潮汐余流研究甚少。为了更     

冬季东中国海环流中的中尺度涡旋数值模拟

采用高精度的POM模式 ,考虑了海底地形、外来流、长江径流、海面风应力、海面热通量等多方面因素的影响 ,模拟了冬季东中国海环流结构。模拟结果显示 :在黄海东部很可能存在两个涡 ,中心分别在124°37′E ,37°N ,124°E ,35°30′N ;东海北部存在一个大型的气旋式涡旋 ,其中心位置在125.1°E ,30.5°N附近 ,该涡旋是由东北向的台湾暖流、西北向的黄海暖流及南下的沿岸流组成的封闭结构 ;日本九州以西黑潮入侵分支形成一涡旋 ,黑潮分支是形成此涡旋的直接动力因素 ,另外地形和冬季盛行的偏北风也对该涡旋的形成有一定正面影响。     

北黄海北部海域潮余流的模拟研究

基于二维水动力模型,在仅考虑潮流作用条件下,通过计算欧拉余流和拉格朗日余流并结合粒子追踪方法研究了辽宁大连—朝鲜龙渊郡连线北侧的北黄海北部海域的潮余流结构和粒子运移的趋势。结果表明:欧拉余流和拉格朗日余流流速整体较小,呈现由南向北的流向,但在獐子岛及长山群岛的附近岛屿和朝鲜半岛沿岸的海域欧拉余流和拉格朗日余流流速较大。对比粒子追踪计算的结果与欧拉余流和拉格朗日余流的结果表明,流向与粒子运移路径基本一致。该海湾的余流及粒子运动规律特点对辽东半岛东岸及朝鲜半岛西侧海域的排污及污染控制有重要的借鉴意义。     

末次冰消期以来渤、黄、东海陆架潮汐、潮流演变过程模拟研究

末次盛冰期结束、海侵开始后渤、黄、东海陆架潮汐、潮流的演变对该区泥沙的输运与沉积 ,以及海底地貌的形成、分布以及演变等具有深刻影响。文中数值模拟末次冰消期以来 4个特定时期 ,即比现在海面低 80 m、5 2 m、30 m海面以及全新世最大海侵时渤、黄、东海陆架的潮汐、潮流。根据不同时期的潮汐、潮流分布特征得出 ,末次冰消期以来渤、黄、东海陆架潮汐、潮流的演变过程大致以全新世最大海侵为界划分为两个阶段 :1全新世最大海侵前为渤、黄、东海陆架潮汐、潮流基本分布格局的形成阶段 ;2全新世最大海侵后 ,为基本分布格局的局部调整阶段。末次冰消期以来基本海岸轮廓的变迁是渤、黄、东海陆架区潮汐、潮流演变的主要控制因素     

黄、东海环流的数值研究Ⅰ. 黄、东海环流的数值模型

首先依据拉格朗日环流理论与黄、东海的环流物理和几何特征建立一个黄、东海环流的动力学统一模型 ,并按其无因次方程的量阶分析获得其零阶和一阶模型方程。最后依此模型方程的数学、物理特征确立了流速分解方案 ,从而形成完整的黄、东海拉格朗日环流数值模型。该课题组已完成较系统地对黄、东海环流的数值研究。该篇论文为系列报道之首篇。     

渤、黄、东海8个主要分潮的数值模拟研究

应用MIKE数值模拟软件,采用无结构三角形网格,建立一套计算区域包括整个渤海、黄海、东海以及东海大陆架和琉球群岛的高分辨率数值模型,考虑了实际水深和岸线,外海开边界采用西北太平洋大模型结果的潮位提供,模拟了东中国海潮波的波动过程,对潮波垂直运动过程进行调和分析,得到了渤海、黄海、东海的M2,S2,K1,O1以及N2,K2,P1,Q1八个主要分潮的传播和分布特征。利用中国沿海14个潮位站的调和常数对模型结果进行了验证,验证结果显示模型较为准确可靠。研究结果表明:4个主要半日潮(全日潮)在渤、黄、东海的传播情形基本相似,即潮波在渤海、黄海、东海沿岸的传播性质上类似沿岸开尔文波的传播形态,并且成功再现了计算海域的4个半日分潮无潮点和2个全日分潮无潮点。全日潮振幅各无潮点附近振幅最小,而海湾的波腹区振幅最大,东海潮差呈现近岸方向振幅大、离岸方向振幅小,浙闽沿海振幅也较大,黄海振幅相对较小,渤海振幅在辽东湾和渤海湾顶最大,两个无潮点周边振幅较小。     

黄、东海环流的数值研究Ⅱ潮及潮致环流数值模拟

该文中数值模拟了黄、东海陆架区的四大天文潮及其潮致拉格朗日环流。运用“流速分解法”将线性三维分潮波问题化为一个分潮潮位及深度平均流的二维问题和一个流速垂向剖面问题求解。其二维问题的底摩擦系数由三维模式导出 ,所导得的线性底摩擦力公式更符合物理意义 ,且避免一般二维模式中底摩擦力的经验假定。结果表明 ,三维模式完全可以通过准二维方法求解 ,以避免一般三维问题的繁重计算     

黄、东海环流的数值研究Ⅲ——正压环流的数值模拟

依据黄、东海环流的的动力学模型 ,运用“流速分解法”对黄、东海正压环流进行了数值模拟。计算结果表明冬季黄海正压环流主要受风应力影响 ,基本形态为黄海暖流由济州岛西南进入南黄海中部 ,其东西两侧分别为两支向南流动的沿岸流 ;夏季主要受到潮致体力的影响 ,为一逆时针涡旋。东海环流主要是边界力作用驱动的结果 ,东海黑潮、台湾暖流和对马暖流较稳定。冬季风应力对东海环流表层流场有消弱作用 ,在夏季则有一定增强作用。     

东海定点连续观测站海流资料分析

采用快速离散傅立叶变换（FFT）、潮流调和分析以及小波（wavelet)变换等方法,分析了一个位于大陆架边缘海域定点连续观测站上的海流记录。FFT结果表明在该海域以半日周期潮流和日周期潮流为主。潮流调和分析结果表明垂向各个潮流分量受上下边界层影响存在显著的变化,余流的东西分量在观测时段内发生了一次转向。用小波变换对海流观测的高级分量进行了分析,分离出10－20min周期的高频内波信号,U方向和V方向的信号在不同的时间有所差异。     

渤、黄、东海悬浮物质量浓度冬、夏季变化的数值模拟

采用HAMSOM三维正压水动力模型结合粒子追踪的悬浮颗粒物输运模型模拟了渤、黄、东海悬浮物质量浓度冬、夏季变化。模拟结果显示,潮流和底质对悬浮物质量浓度的分布有决定性的作用,沉积物再悬浮对悬浮物质量浓度分布影响大,冬季尤为显著。莱州湾中西部和渤海湾南部悬浮物终年维持高质量浓度,古黄河口冬季再悬浮物的质量浓度高于其它季节的。长江口附近悬浮物终年维持高质量浓度,夏季长江口东北悬浮物的质量浓度高于冬季的,浙江沿岸冬季悬浮物的质量浓度高于夏季的。     

风和台湾暖流引起东海沿岸上升流数值计算

运用三维数值模型,首先计算了夏季风和台湾暖流引起的东海沿岸上升流。结果表明,风和台湾暖流的作用都可产生顺岸呈带状分布的上升流,风生上升流在２０ｍ至３０ｍ水层速度较大,其值一般为１．０×１０－３ｃｍ／ｓ;而台湾暖流形成的上升流则在３０ｍ以下速度较大,其值在浙南和闽北一般为１．０×１０－３ｃｍ／ｓ,在舟山近海为０．５×１０－３ｃｍ／ｓ。此外,运用Ｅｕｌｅｒｉａｎ－Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ方法数值探讨了东海沿岸上升流区海水的源地。逆追踪结果表明,潮因子和风因子对沿岸上升流的贡献都是局地的,即仅能将上升流区附近下层的海水带到沿岸上层;台湾暖流则可将台湾海峡北口的深层水带到闽浙沿岸上层,使闽浙沿岸出现低温、高盐水。