钦州湾水交换能力数值模拟研究

基于普林斯顿海洋模式（Princeton Ocean Model,POM）,以M₂、S₂、K₁、O₁、M₄和MS₄ 6个分潮为驱动,建立了包含漫滩处理的高分辨率钦州湾水动力模式。与现场观测的数据对比表明,该模式能较好地刻画钦州湾的水动力特征。在此基础上建立了水质模型,模拟钦州湾的水交换过程。模拟结果表明:钦州湾水交换能力整体上较强,整个湾平均的水体半交换时间约为18 d,水体平均存留时间为45 d。空间分布上,钦州保税港区以南海域水交换能力最强,半交换时间小于1 d;沿着水道向北,水交换能力逐渐减弱;茅尾海中部半交换时间为26~28 d;茅尾海的东、西、北3个部分存在水交换滞缓区,半交换时间超过50 d。数值实验表明,采用漫滩技术对准确模拟钦州湾潮流速度和水交换能力非常重要,不考虑漫滩过程会低估钦州湾的潮流速度和水体交换能力。水平扩散系数对流速及交换时间都有影响,但影响有限。     

渤海环流数值模拟

渤海深深地嵌入中国大陆内部，仅以渤海海峡与北黄海相通，属内陆海。整个海区水深较浅，平均深度只有20米左右。且为典型的季风场区，冬季多东北风，夏季则为西南风。     

渤海三维潮流数值模拟

本模型以具有自由面的三维非线性Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｒｏｋｅｓ方程为基本方程，经σ坐标变换得到模式方程。基于过程分裂法，将三维流动中的快过程与慢过程劈开，并对每部分选用适合其物理特性和数值行为的计算格式，然后耦联求解。应用本模型详细计算了渤海的三维潮运动。其中，潮波系统模拟获得理想的结果；采用十层模式计算了Ｍ２潮流，以较高的辨率揭示了潮流的空间结构特征。最后本文给出了三维潮流预报的应用实例。     

象山港水交换特性研究

在验证良好的三维斜压潮流数学模型的基础上,以溶 解态的保守性物质为示踪剂,建立对流-扩散型的海湾水交换数值模型,计算了象山港水体半交换时间和平均滞留时间,并研究了斜压动力对湾内外水交换的贡献。研究结果表明,象山港水交换速度的区域性变化较大,水体半交换时间和平均滞留时间由象山港口门向湾顶逐渐增加,口门附近半交换时间在5d以内,平均滞留时间为5~10 d;湾顶水交换速度缓慢,水体半交换时间为30~35 d,平均滞留时间为35~40d。斜压动力对狭湾外段水交换影响较弱,对狭湾内段有较大的影响。     

渤海三维潮流数值模拟

本模型以具有自由面的三维非线性Navier-Stokes方程为基本方程,经σ坐标变换得到模式方程。基于过程分裂法,将三维流动中的快过程与慢过程劈开,并对每部分选用适合其物理特性和数值行为的计算格式,然后耦联求解。 应用本模型详细计算了渤海的三维潮运动。其中,潮波系统模拟获得理想的结果;采用十层模式计算了M_2潮流,以较高的分辨率揭示了潮流的空间结构特征。最后本文给出了三维潮流预报的应用实例。     

半封闭海湾的水交换数值模拟研究

基于采用不规则三角网格和有限体积方法的FVCOM模式,建立半封闭海湾-湛江湾附近海域的三维潮汐潮流数值模型,通过验证,结果与观测数据符合良好,并在此模型基础上对湛江湾的水交换状况进行了数值模拟,将湛江湾划分成3个区域,针对各区域进行了水交换能力研究,研究结果表明:由于湛江湾内不同区域的地形和地理位置变化较大,使得湛江湾内不同区域交换能力相差较大,其中,靠近湛江湾出口处交换能力最强,特呈岛以北海域交换能力最弱,交换时间与物质的初始浓度无关,与投放时刻和外源强迫密切相关,在治理湛江湾环境时,应分区进行,注意选择污染物排放时间和位置。     

渤海海水漂移数值研究

本文利用海冰－海洋动力耦合模式对渤海典型天气形势下海冰动力过程作了数值模拟，海冰模式建立在动量和质量守恒基础上，忽略了海冰变化的热力过程。海冰厚度补划分为三类：堆积冰、平整冰和开阔冰，冰的形变由一个厚度的重新分布约束条件确定，海洋模式是一个二维风暴潮模式，同时考虑了潮汐的作用。风场资料来自于沿岸气象观测站每日四次的风观测。计算网络是十分之一经纬度。主要的分析和模拟是在大气和海洋共同作用下海洋的漂流     

象山港水交换数值研究 Ⅱ.模型应用和水交换研究

使用水平二维对流－扩散型水交换模式模拟研究了象山港的水交换,对不同区域的水交换控制机理作了初步探讨,象山港水交换状况与其控制机制的区域性变化很大。牛鼻水道至佛渡水道是一个潮流较强的潮通道;９０％水交换周期为５天左右。象山港狭湾内水交换周期较长,湾顶处９０％水交换的周期约为８０天左右。     

渤海海水漂移过程的数值模拟和试验

建立了一个包含潮流作用的准定常海水动力学模式，利用实测风资料和计算的潮流场对辽东湾中部的冰块漂移过程进行数值模拟，模拟的冰块漂移过程和实况基本一致，表明模式具有反映冰漂移过程动力特征的能力，通过对各动力因子的数值试验，说明引入潮流作用的必要性，并分析了各动因在冰漂移过程中的作用。     

溶解无机态营养盐在渤海沉积物-海水界面交换通量研究

了解无机态营养严在渤海沉积物-海水界面交换速率、通量基控制因素,于2002-08-06~08-24,应用船基沉积物培养方法,现场测定了硅酸盐(SiO3-Si)、磷酸盐(PO4-P)和溶解无机氮(DIN)在沉积物-海水界面上的交换速率(νN)和交换通量(FN)。结果显示,νSiO3-Si变化范围为2 220~4 317μmol.m-2.d-1,平均为3 466μmol.m-2.d-1,νPO4-P为0.4~77μmol.m-2.d-1,平均为39μmol.m-2.d-1,νDIN为667~2 167μmol.m-2.d-1,平均为1 308μmol.m-2.d-1,其中NH4-N和NO3-N的贡献分别为48%和47%左右。进一步分析表明,νSiO3-Si主要由溶解和扩散2个过程控制,前者决定于沉积物黏土矿物含量和含水率,后者决定于营养盐浓度和温度。νPO4-P主要由在以黏土为主的细颗粒和氢氧化铁上的吸附-解吸和扩散过程控制,前者分别决定于沉积物粒度和上覆水中DO浓度,而后者决定于间隙水与上覆水之间的浓度差。结果表明,FSiO3为2.59×1013mmol,FPO4为2.95×1011mmol,FDIN/SE为8.62×1012mmol。这样,为维持夏季渤海初级生产力,沉积物交换过程可提供大约65%的SiO3-Si、12%的PO4-P和22%的DIN,远远高于以河流径流为主的陆源排放。     

渤海南部沿岸水运移及渤黄海水体交换的季节变化

针对渤海及附近海区的曲折岸线变化以及水文资料时空分布不均匀性的特点,使用四维客观分析LOESS方法得到逐月气候态盐度场。结果表明:渤海南部沿岸水扩展和运移受季风影响显著。冬季沿岸水向渤海湾和莱州湾堆积,形成沿山东半岛龙口海岸东向爬行的水舌,该水舌在蓬莱水域向东扩展;夏季沿岸水向渤海中部冲溢,特别是在黄河口附近,其核心区厚度可达8 m,可扩展到119°30′E处,同时莱州湾内的沿岸水向湾内西部收缩。冬季渤海海峡呈现显著"北进南出"水交换态势;夏季渤海海峡定常流方式的水交换特征不明显。     

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。     

Numerical Study on Tidal Mixing in the Bohai Sea

The spatial and temporal variability of tidal mixing in Bohai Sea is studied using a numerical approach. In calculating tidal mixing, accurate barotropic tidal current is obtained via a harmonic analysis package utilizing the simulated current output from a high-resolution regional ocean model. And a “small-scale” roughness map is adopted to describe the detailed topographic features of Bohai Sea. It is shown that the tidal mixing estimated in Bohai Sea is much higher than the level of global background, and fluctuates considerably at some regions within a single day. In Liaodong Bay, Bohai Bay and Bohai Strait, the mixing varies greatly, with the peak value of O (10^?2) m² s^?1. The order of magnitude of mixing in Laizhou Bay is about O (10^?5～10^?3) m² s^?1. Mixing with background level of O (10^?5) m² s^?1 only appears in central area. Result also shows that rough topography plays relatively a more important role than tidal current in enhancing diapycnal mixing in Bohai Sea. The distributions of tidal mixing in selected sections reveal that the vertical stratification in Bohai Sea is not obvious, generally renders a barotropic structure.     

1999年渤海浮游植物生物量的数值模拟

以浮游植物量、浮游动物量、营养盐浓度 (包括无机氮和无机磷 )以及碎屑量为生态变量 ,在HAMSOM水动力学模式的基础上构建了 1个三维浮游生态动力学NPZD模型。采用此模型研究了渤海 1999年浮游植物量和初级生产力的变化情况 ,模拟结果与实测基本相符。模拟结果表明 :1999年渤海浮游植物量的变化大致呈双峰分布 ,春季水华出现在4,5月份 ,秋季水华出现在 9,10月份 ;受透明度和局地水深的影响 ,渤海湾和辽东湾北部浮游植物量的年变化呈夏季大、冬季小的单峰分布。 1999年渤海不同海区初级生产力的变化特征是 :除莱州湾一年中有春、夏 2个峰值外 ,其它 3个海区都是夏季高、冬季低的单峰分布 ;1999年整个渤海年平均的初级生产力为 2 5 7mgC/m2 /d。     

基于MIKE3的渤海三维温盐数值模拟

基于有限体积法的MIKE3 Flow Model建立了渤海地区水动力和温盐数值计算模型,并考虑了渤海沿岸十六条主要河流径流输入、风、降水、蒸发、太阳辐射(短波辐射、长波辐射、感热、潜热)等因素的影响。输出2010年数据作为结果,水动力和温盐模拟结果验证良好。经分析得到如下结论:模拟得到的2010年渤海温盐全年变化均呈一峰一谷形式。渤海冬季最高温度出现在渤海海峡附近海域,温度约4.5℃;渤海夏季平均海表温度26.34℃,较1970～1996年渤海海区夏季的平均温度区间22.5～26.5℃明显偏高;夏季温跃层集中在5m-15m深度范围内,渤海海峡处跃层深度超过了20m;模拟得到的冬季莱州湾盐度在27.8～30.4PSU的范围,夏季25～29.5PSU;莱州湾和辽东湾在夏季出现低盐区,辽东湾顶的低盐区面积约1364km^2,黄河口处的低盐区面积约448km^2,小清河口附近的低盐区面积约1029km^2;渤海大部分海域夏季盐度分层并不像温跃层那样明显。     

渤海夏季环流和渤海海峡水体输运的数值诊断研究

建立了一个基于POM的涵盖渤、黄、东海的海洋环流诊断模式来研究渤海夏季环流。分别进行了风海流、密度流和总环流的模拟。从模拟结果得出:渤海海峡夏季与北黄海的水交换总的来说表现为北进南出特征,但与冬季相比,其流量较小(约5×103m3s 1)且不能深入渤海。辽东湾基本上受气旋式环流控制,黄河口外至渤海湾受反气旋式环流控制。数值实验表明,渤海夏季主要属密度流性质。在渤海海峡的北岸存在一支明显的上升流,而且北部的海水垂向运动比南部要强许多。在渤海中部的纬向断面上,东部的海水垂直交换要比西部活跃得多;渤海海水的垂向运动亦主要是密度流导致的。     

Exchange fluxes of nutrients between sediment and sea water in the Bohai Sea

IrocrIowThere is a linkage in shallow marine systerns between sea-noor biOgaxhemical pmeessesand water column pnductivity (Bereson et al., l998). Benthic fluxes provide a significantsource of nutrients to the overlying water tO supPOrt primary pnduction and play a role in de-.creasing oxygen concentrations (van et al., l999; Cowan and Boynton, l996; Berelson etal., 1998; Friedl et al., l998; Zabel et al., l998). TherefOre, it is imPOrtant to define theediment di8genetic pathways for the …     

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     

波浪和太阳短波辐射对渤、黄海夏季温度垂直结构的影响

基于普林斯顿(POM)模式,采用不同的垂直混合方案并考虑太阳短波辐射的作用,对渤海、黄海夏季垂直热结构进行了数值试验。试验结果表明,夏季波浪混合控制着渤海、黄海上混合层的形成,加入波浪混合能明显改善陆架浅海的夏季温度垂直结构。太阳短波辐射对渤海、黄海夏季上层垂直热结构有一定的作用,研究夏季海洋上层垂直热结构应该包括太阳短波辐射的影响,特别是对于水深相对较深的黄海。     

用成岩模型计算沉积物-水界面营养盐的交换通量--以渤海为例

根据沉积物中营养盐的再生对水体中营养盐的收支循环动力学的作用.利用1998年秋季和1999年春季沉积物间隙水中营养盐的分析结果,建立了沉积物中营养盐的成岩模型,并由此计算了沉积物-水界面营养盐的交换通量.结果表明,硝化速率、反硝化速率、有机氮含量、硅质成分的溶解速率、生物扰动作用、孔隙率明显影响沉积物间隙水中营养盐的分布和沉积物-水界面的交换通量.对比了实验室培养法和扩散通量计算法测得沉积物-水界面营养盐的交换通量,表明2种方法所得NO3通量较一致,但NH4 ,PO43-,SiO32- 2种方法所得通量有一定差异,文中讨论了可能的原因.以渤海为例阐明了在用扩散通量法研究沉积物-水界面营养盐的交换通量时,表层沉积物分割厚度对界面交换通量影响显著,为了得到合理的与现场接近的结果表层沉积物的分割厚度以不超过1em为宜.