杭州湾、长江口余流及其物质输运作用的模拟研究I.杭州湾、长江口三维联合模型

根据杭州湾、长江口流场和物质输运的特点,引进正交曲线网格版本ECOM模型,并对斜压梯度力和物质对流扩散的计算作了改进,建立了一个以杭州湾和长江口为整体的三维联合模型,用于潮流、余流和物质输运的计算和研究.     

杭州湾,长江口余流及其物质输运作用的模拟研究—I.杭州湾,长江口三 …

根据杭州湾、长江口流场和物质输运的特点,引进正交曲线网络版本ＥＣＯＭ模型,并对斜压梯度力和物质对流扩散的计算作了改进,建立了一个以杭州湾和长江口为整体的三维联合模型,用于潮流、余流和物质运输的计算和研究。     

杭州湾、长江口余流及其物质输运作用的模拟研究Ⅱ．冬季余流及其对物质的输运作用

首先分析了杭州湾、长江口冬季余流和物质输运作用的观测特征,提出了几个值得继续研究的问题．然后,利用杭州湾、长江口三维联合模型,综合考虑径流、风应力、密度流、中国东部海域背景环流和M2,S2,K1,O1四个分潮的综合作用,模拟出了冬季的余流结构及其对物质的输运作用．在此基础上,针对所总结的几个问题,进一步作数值模拟,讨论余流和物质输运作用形成的机制．     

杭州湾、长江口余流及其物质输运作用的模拟研究Ⅱ冬季余流及其对物质的运输作用

首先分析了杭州湾、长江口冬季余流和物质输运作用的观测特征,提出了几个值得继续研究的问题．然后,利用杭州湾、长江口三维联合模型,综合考虑径流、风应力、密度流、中国东部海域背景环流和Ｍ２,Ｓ２,Ｋ１,Ｏ１四个分潮的综合作用,模拟出了冬季的余流结构及其对物质的输运作用．在此基础上,针对所总结的几个问题,进一步作数值模拟,讨论余流和物质输运作用形成的机制。     

杭州湾,长江口余流及其物质输运作用的模拟研究：Ⅱ.冬季余流及其对物 …

首先分析了杭州湾、长江口冬季余流和物质输运作用的观测特征,提出了几个值得继续研究的问题。然后,利用杭州湾、长江口三维联合模型,综合考虑径流、风应力、密度流、中国东部海域背景环流和Ｍ２,Ｓ２,Ｋ１,Ｏ１四个分潮的综合作用,模拟出了冬季的余流结构及其对物质的输运作用。在此基础上,针对所总结的几个问题,进一步作数值模拟,讨论余流和特技输运作用形成的机制。     

长江口和杭州湾污染物稀释扩散及交汇数值模拟研究

河口水体中污染物稀释扩散是近海水环境研究的关键问题之一。针对长江口和杭州湾的污染物稀释扩散与交汇,利用有限体积法,建立了大范围二维潮流水质数学模型,结合拉格朗日法粒子追踪技术,模拟了不同径流下两河口的污染物(COD)稀释、扩散和交汇。结果表明,长江口石洞口排放的污染物口内经过10次往复运动,历时5天扩散至口门处,随后部分进入外海,另一部分经过6天扩散至杭州湾水域;杭州湾金山排放的污染物历时10天向上下游扩散约28 km,同时由北岸向南扩散约15 km。在各排污口同时排放COD浓度为100 mg/L的污水,交汇处COD达到相对稳定后,浓度增量约为1.2 mg/L,受长江口和杭州湾的影响之比约为5∶1。对不同径流量下COD稀释扩散进行模拟,得出径流量增大有助于污染物的稀释扩散。     

长江口、杭州湾及其邻近海区Lagrange环流的数值模拟研究Ⅰ——正压环流

将长江口、杭州湾及其邻近海域作为研究整体,建立该海区的三维Lagrange正压环流的分阶数值模式,综合考虑径流、东中国海背景环流、风应力和M2,S2,O1,K1 4大天文分潮的综合作用,运用流速分解法将环流分为正压梯度流、风生流、潮致余流及零阶环流的非线性耦合流等4个分量,模拟了冬夏两季长江口、杭州湾及其邻近海区的Lagrange正压环流结构.结果表明,零阶环流受东中国海背景环流控制;潮致余流是该海区一个重要分量;杭州湾内正压环流主要由风生流和潮致余流控制.     

河口海岸三维双σ坐标斜压水流数值模型研究

在海底地形陡变、垂向密度分层明显的水域,三维σ坐标模式中会出现一种"伪"水平斜压梯度力,并会引起"伪"密度流,以至于影响模拟的精度。垂向上引入双σ坐标变换,建立河口海岸水域三维斜压水流数值模型。数值试验结果表明,在海底地形陡变水域,双σ坐标模式可以减小水平斜压梯度力处理引起的误差。     

杭州湾三维悬浮泥沙输运模型初始场的伴随法反演研究

在悬沙输运的数值模拟中,初始场的准确给定至关重要。目前诸多确定初始场的方案均存在一定的缺陷,初始场的准确性有待进一步提高。本文基于一个三维悬沙输运伴随同化模型,通过孪生实验和实际实验,对模型初始场进行了伴随法反演研究。在孪生实验中,首先验证了初始场的相对重要性;其次,探讨了初始场的反演结果对优化算法、初始猜测值、卫星遥感数据数量、同化时间窗口宽度和背景流场误差的敏感性;最后,比较了伴随法和插值法重构初始场的能力。孪生实验结果表明:最速下降法对初始场的优化反演效果要优于三种共轭梯度法和有限记忆BFGS法;初始场的反演效果对初始猜测值、卫星遥感数据数量和背景流场误差不敏感,而对同化窗口宽度较为敏感;与插值法相比,伴随法是重构模型初始场更有效的手段。实际实验中,在杭州湾海域同化典型的小潮时期和大潮时期的GOCI卫星遥感资料所得表层悬沙浓度数据,优化反演了初始场。实际实验结果表明:数据同化后,得到了更符合实际的最优初始场,表明伴随法是实现初始场优化反演的有效手段。该研究对进一步改进悬沙输运模型的初始化方案具有一定的参考价值,也对其他数值模型的初始化方案具有一定的借鉴价值。     

河口物质和水体长期输运分离的理论分析和观测验证Ⅱ.长江口悬沙、盐度和水体长期输运分离的观测验证

利用二维水体和物质长期输运速度及其机制分解形式,分析了长江口1997年洪季观测资料,从实践上认识悬沙、盐度和水体长期输运的分离程度.观测站资料的计算分析表明:最大浑浊带附近,二维悬沙和水体长期输运速度平均夹角为36.0°、速度量值平均相差29.9%,悬沙和水体长期输运具有明显的分离特征;盐度锋面附近,二维盐度和水体长期输运速度的平均夹角为43.6°、速度大小平均相差27.8%,盐度和水体长期输运具有明显的分离特征.     

长江口及其邻近海区环流和温、盐结构动力学研究Ⅱ.环流的基本特征

利用POM模型,以研究海区的海面风应力、温度和盐度资料作为海面边界条件,以与外海界面处的温度和盐度资料作为侧向液边界条件,并考虑长江径流、台湾暖流和东海沿岸流的影响,对长江口及其邻近海区各季节的三维斜压环流和温、盐结构进行了数值模拟。环流的数值结果表明,冬季和秋季研究海区的水平环流主要由长江径流、东海沿岸流、台湾暖流、杭州湾环流和沿岸流与台湾暖流之间的气旋和反气旋涡构成;东海沿岸流与长江径流顺岸南下,随着自北往南岸界地形坡度的增大,其流幅变窄,流速增强;台湾暖流沿陡坡及其外缘蜿蜒北上,随着自南往北水深的变浅,其流幅由宽变窄继而又由窄变宽,流速却一直由强变弱。冬季和秋季海区纬度断面垂直环流的总趋势由近岸向外海流动,海底地形变化缓慢区离岸流产生波动,海底地形变化显著的陡坡区离岸流产生剧烈振荡而生成强升降流。春季和夏季研究海区的水平环流主要由长江径流与东海沿岸流汇合流、台湾暖流、杭州湾环流、舟山群岛附近及长江径流和东海沿岸流汇合流与台湾暖流之间的气旋和反气旋涡构成;长江径流和台湾暖流平行北上并在长江口以北产生顺时针偏转。由海区水平环流特征和变化趋势证实,春季长江冲淡水已开始向东北偏转,夏季冲淡水的偏转程度、伸展距离和扩展范围都更甚于春季;春季在长江口近岸存在弱上升流,夏季长江口外的陡坡区出现下降流,而长江口以北和以南的陡坡区出现上升流。