瓯江河口盐度层化数值研究

瓯江口是一个径流量变化剧烈的强潮河口。本文基于非结构网格FVCOM模型,建立瓯江口海域大范围三维数学模型,研究不同时间尺度（潮周期、大-小潮）的盐度变化,并利用势能异常动力方程对数值模拟结果分析了瓯江口层化过程的动力机制。同时,利用河口R_i数和层化参数△s/<s>研究了不同时间尺度的层化稳定性及其空间变化,得出决定层化状态的潮差和径流量的阈值。结果显示：瓯江北口上段、中段和口门在潮差分别超过3.8m、4.0m和4.6m时呈完全混合状态。当径流量小于280 m³/s或大于510 m³/s,北口上段持续完全混合;而在口门附近,完全混合和层化的临界径流量约为280 m³/s。研究认为瓯江河口北口存在周期性的层化,北口下段在落潮和涨潮初期呈部分混合状态,而其它时段为完全混合。上段只在落潮初期存在层化。层化增强主要是纵向对流与横向速度剪切导致,而湍混合和纵向潮应力是层化减弱的主要因素。     

珠江口蕉门南水道枯季时局部高盐度区形成与机理分析

采用ROMS模型研究了珠江口蕉门南水道枯季时的局部高盐度现象。表明这一现象在大潮期发育显著,而小潮期则不明显。从动力机制上解释了这一现象的成因,揭示其形成原因为大潮期的平流输运强,涨潮时的潮程远大于凫洲水道的长度,以及大潮期径流相对较小,有利于虎门的高盐度水体输运至蕉门水道。此外,大潮期由于洪奇沥与横门来的淡水在涨潮期向北输运而导致蕉门南水道口门处盐度较低。并进一步分析了这一现象的存在对蕉门南水道水体分层、河口环流及物质输运的意义。     

风和径流量对长江口缺氧影响的数值模拟

受自然和人类活动的影响,海洋缺氧现象日益严重,威胁着海洋生态环境,海洋缺氧问题已经引起了人们的广泛关注。本文应用区域海洋模式并耦合生态模式,对东海的生态系统进行了数值模拟和分析研究。与观测数据比较显示,该模型能较好地模拟长江口外生态变量的分布趋势。另外本文通过设置不同敏感性实验,探讨风和径流量对长江口底层缺氧现象的影响,结果分析表明,风和径流量对长江口外缺氧区的形成有显著的影响。径流量变化虽然对长江口外缺氧区的季节变化影响并不显著,但是对缺氧区域面积却存在显著的影响。径流量增加,水体层化增强,表层叶绿素浓度增加,最终导致缺氧区域范围扩展;径流量减小,水体层化减弱,表层叶绿素浓度减小,缺氧区域范围缩小。风向和风速的改变不仅影响长江口外缺氧区的季节变化,还影响缺氧区域面积。     

Analysis on the Circulation of the Yangtze River Estuary Based on ADCP Measurements

According to analysis on field data obtained by ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler),the flow regime of the Yangtze River Estuary is studied by use of a 3-D numerical model.The flow field characteristics,under the influence of Coriolis force,saltwater intrusion and freshwater inflow and tidal current interaction,are depicted in details.The main driving forces and some important effective factors of lateral,longitudinal and horizontal circulation are also analyzed.     

河控型河口盐度层化对悬沙的捕集机制以洪季磨刀门河口为例

河控型河口盐度混合和层化是控制悬沙输移扩散的重要动力机制。以珠江磨刀门河口为研究对象,基于2017年洪季三船同步大、小潮水文泥沙观测数据,分析河控型河口水体盐度层化结构的时空变化对悬沙分布的影响机制。结果表明：受径潮动力耦合时空变化影响,河口盐度垂向分布表现出时空差异,即受径流主导的M1站(挂锭角),河口盐度在涨落潮周期内垂向混合均匀,受径潮控制的M2站(口门)在整个潮周期内盐度层化结构明显,口门外侧的M3站,潮动力作用较强,盐度垂向分布随涨落潮变化而变化;悬沙空间分布与盐度分布关系密切,盐度混合均匀利于悬沙垂向均匀分布,而盐度层化则使悬沙倾向于滞留在底层水体中,且在盐度层结界面之下出现高悬沙浓度,悬沙浓度垂向分布曲线呈L字型或抛线型,纵向上表现为高浓度悬沙团抑制在盐水楔前端,盐度层化对悬沙的捕集效应明显。通过对比水体标准化分层系数与水流垂向扩散强度系数发现,两者呈现负相关关系,即标准化分层系数愈大,垂向扩散强度愈小,表明水体层化抑制悬沙垂向扩散强度,而且水体层化程度越高,悬沙垂向扩散抑制程度越大,进而促进了河口水体盐度层化对悬沙捕集作用。本研究有助于揭示河口细颗粒泥沙运动机制及河口拦门沙演变机制,并为磨刀门河口拦门沙治理提供科学依据。     

潍河口水文特征分析

根据1997年和1998年两次潍河河口水文调查资料分析了潍河河口的水文特征及建闸截流的影响。结果说明,潍河是一个M₂潮占主导地位的不规则半日潮弱潮河口。上游建闸截流使得河口5、6月份的水温降低而盐度增高,并减少了口门内重力环流的出现机率。     

Modeling residual circulation and stratification in Oujiang River estuary

A 3D,time-dependent,baroclinic,hydrodynamic and salinity model was implemented and applied to the Oujiang River estuarine system in the East China Sea.The model was driven by the forcing of tidal elevations along the open boundaries and freshwater inflows from the Oujiang River.The bottom friction coefficient and vertical eddy viscosity were adjusted to complete model calibration and verification in simulations.It is demonstrated that the model is capable of reproducing observed temporal variability in the water surface elevation and longitudinal velocity,presenting skill coefficient higher than 0.82.This model was then used to investigate the influence of freshwater discharge on residual current and salinity intrusion under different freshwater inflow conditions in the Oujiang River estuary.The model results reveal that the river channel presents a two-layer structure with flood currents near the bottom and ebb currents at the top layer in the region of seawater influenced on north shore under high river flow condition.The river discharge is a major factor affecting the salinity stratification in the estuarine system.The water exchange is mainly driven by the tidal forcing at the estuary mouth,except under high river flow conditions when the freshwater extends its influence from the river’s head to its mouth.     

长江河口潮波特征的年内变化分析

对于径流变化明显的大型河口,其入射潮波受到径流季节性变化的显著影响。以往多关注洪枯季的特征对比,对年内变化过程的讨论还不充分。本文以长江河口潮波为例,基于潮区界以下多站位年内连续的实测逐时潮位资料,分析了潮差及其衰减速率、涨落潮历时等参数的时空变化特征,认识到长江河口潮波沿程特征除洪枯季差异外,还存在显著的逐月变化差异,重点关注镇江到江阴的过渡段,认识到三江营到魏村闸段在低径流月份的平均潮差衰减速率远低于其相邻上下段,仅为其三分之一。涨潮历时从河口段向近口段的递减存在拐点,到了江阴附近后,不再线性减小。并从典型径流量、沿程差异、河宽束窄等角度分析原因。     

Alteration of estuarine circulation pattern due to channel modification in the North Passage of the Changjiang River Estuary

The exchange flow structure was examined in the North Passage of Changjiang River Estuary, where a deep waterway project(DWP) was carried out to improve the navigability. Before the construction of the DWP, the friction effect played a significant role in shaping the transverse structure of the exchange flow. The turbulent eddy viscosity generated near the seabed can be transferred to the upper water column, which facilitated vertical momentum exchange. As a result, the landward inflow extended ...     

夏季长江口水体层化和潮汐作用对颗粒氮、磷运移的影响

于2018年7月对长江口及其邻近海域水体中的海洋化学参数进行了3个连续站和5个大面站的调查,分析了该海区水体层化和潮汐作用对颗粒氮(PN)和颗粒磷(PP)的影响.结果表明,该海区PN浓度为0.75～27.42μmol·L-1,平均值为5.39μmol·L-1;PP浓度为0.07～2.05μmol·L-1,平均值为0.3...     

珠江河口盐度和输运过程对未来海平面上升的响应

研究海平面上升对河口的影响情况有助于了解输运过程的变化,基于21世纪海平面上升预测研究(陈长霖,2012;张吉,2014),本文选取珠江河口这一径优型与潮优型并存的河口为研究区域,利用数值模拟的方法,研究其在未来海平面上升后可能出现的响应。结果表明,河口的平均盐度、咸潮上溯距离和层化强度都将随着海平面的上升而增加,这些因素的变化有着明显的季节性。伶仃洋平均盐度在4月和10月增加更多;伶仃洋枯水期咸潮上溯距离的增量大于丰水期,磨刀门则相反;伶仃洋丰水期层化强度及其增量都要大于枯水期。海平面上升后的输运过程响应结果显示:(1) 垂向输运时间将增加,虽然海平面上升带来的潮差潮流的增强将加强垂向混合,但是层化的加强会削弱垂向交换。垂向输运时间的增加是由于层化的加强,层化加强抑制了潮汐变化带来的影响,表层水更难交换到底层; (2) 南北向河口环流将加强,表层余流向海加强,底层余流向陆加强,南北向余流整体向海减小。造成这些现象的主要原因是海平面上升后水深增加带来的河道比降的减小和压力梯度力的改变。     

珠江口低盐透镜现象的声传播特性分析

低盐透镜现象是珠江口陆架海域常见的一种中尺度现象,它的出现会影响水下声传播环境。利用南海北部陆架区的CTD资料分析了低盐透镜的结构特征,基于简正波和射线模型,建立二维波导环境,设置不同声源条件,对低盐透镜环境的声传播特性进行了研究。结果表明:低盐透镜会在海水上层形成声道,距离15 km处其传播损失较没有低盐透镜的情况小约15 dB。虽然低盐透镜声道厚度通常较小,但是较大的盐度梯度可以保证声道对声能的有效传播。当频率高于截止频率的声源置于低盐透镜内,声道效应有助于声音的远距离传播。     

九龙江口浮游植物群体对盐度胁迫的快速适应

Mixing of freshwater and seawater creates the well-known salinity gradients along the estuaries. In order to investigate how phytoplankton respond to the acute salinity changes, we exposed natural phytoplankton assemblies from the Jiulong River Estuary to differential saline field water while continuously monitoring their photosynthetic performances under both indoor-and outdoor-growth conditions. When the natural cell assemblies from salinity 30 field water were exposed to series low saline field water(salinity 25, 17, 13 and 7.5), the effective Photosystem II quantum yield(ΔF/F_m′) decreased sharply, e.g., to one-fifth of its initials after 5 min exposure to salinity 7.5 field water, and then increased fast during the following 40 min and almost completely recovered after 320 min. During such an exposure process, non-photochemical quenching(NPQ) sharply increased from 0 to 0.85 within 5 min, and then decreased to nearly 0 within the following 70 min. When these cells re-acclimated to salinity 7.5 field water were exposed to series high saline field water(salinity 13, 17, 25 and 30), a similar response pattern was observed, with the decreased ΔF/F_m′ accompanied with increased NPQ, and followed by the recovery-induced increase in ΔF/F_m′ and decrease in NPQ. A similar response pattern as ΔF/F_m′to the acute osmotic stress was also observed in the photosynthetic carbon fixation capacity according to radiocarbon(~(14)C) incorporation. Our results indicate that estuarine phytoplankton assemblies could rapidly recover from the acute osmotic stress, implying a potential cause for their frequent blooms in coastal-estuarine waters where despite drastically varying salinity, available nutrients are abundant due to the land-derived runoffs or mixing-caused relaxations from sediments.     

长江河口北支倒灌盐通量数值分析

应用改进的三维数值模式,研究了长江河口北支倒灌盐通量.当径流量取11 000 m3/s,风况取风速为6 m/s的北风时,长江河口北支上段大潮、中潮、小潮和半月平均盐通量分别为-26.28,-14.65,-1.58和-15.83 t/s,发生北支盐分倒灌进入南支,大潮期间的盐分倒灌量远大于小潮期间.通过数值计算定量分析了...     

1999年和2009年夏季珠江口环境要素的对比与分析

对1999年和2009年夏季珠江口的温、盐、溶解氧、叶绿素和径流量等数据进行分析。结果表明,由于1999年航次期间珠江较大的径流量,1999年冲淡水的扩展范围要大于2009年。1999年夏季珠江口水体存在较强的盐度层结,而2009年夏季受较小的珠江径流量和热带风暴浪卡的共同作用,水体盐度层结较弱,0—5m层水体垂向混合良好。两年夏季珠江口表层溶解氧(DO)的分布较为相似,而底层溶解氧的分布则有显著差异,主要表现在河口西岸浅滩区和河口口门外。1999年河口西岸浅滩区DO小于3mg.L-1,河口口门外DO在4—5mg.L-1之间,2009年河口西岸浅滩DO大于5mg.L-1,河口口门外DO小于3mg.L-1。1999年夏季伶仃洋海域内较强的盐度层结是其底层出现低氧环境的主要原因,2009年夏季强化的垂向混合使得表底层溶解氧得到了及时交换,阻碍了西岸浅滩区底层低氧环境的出现,而盐度层化和浪卡带来的浮游生物的耗氧作用可能是口门外底层出现低氧环境的原因。     

长江口扁担沙动力地貌变化过程研究

河口浅滩不仅为人类提供宝贵湿地资源,而且是调控河势演变的重要因素。研究河口浅滩动力地貌演变规律对航道整治、湿地生态开发及岸堤防护等具有重要价值。本文利用最近150多年的长江口历史海图资料、实测水深与水文泥沙数据,分析长江口南支最大的浅滩—扁担沙动力地貌演变格局及其变化机制。结果表明：(1) 1860−2016年期间,扁担沙反复历经淤积−冲刷−淤积,浅滩由最初水下阴滩发育出露而形成纺锤状沙体,随后演变为细长扁担状,沙尾切滩成爪状沙体,下扁担沙则伴随爪状缝隙被不断填充而淤长;(2)自1954年洪水到目前,扁担沙−2 m、−5 m等深线包络的面积与体积整体上均呈现增长态势,其中面积年均增长率分别为0.88 km²/a和0.81 km²/a,体积年均增长率分别为1.3×10⁶ m³/a和5×10⁶ m³/a;扁担沙浅滩在不同时期冲淤变化不同,其中1998年出现大幅度冲刷,平均冲刷厚度达到1.4 m;(3)扁担沙体积变化和长江入海泥沙的增减无直接联系,但与入海径流量的变化密切相关;(4)白茆沙“南强北弱”的河势、南北港分流工程以及东风西沙水库的建立导致扁担沙向北推移。     

夏季黄河入海径流对黄河口及附近海域环流影响的数值研究

基于区域海洋模式ROMS,建立了一个三维非线性斜压浅海模式,考虑了包括径流、风场、海面热交换以及黄渤海环流等因素,研究了夏季8月份黄河入海径流量对黄河口及附近海域环流结构的影响。数值实验较好地佐证了黄河冲淡水的"北偏"现象,并很好的体现了冲淡水对河口附近海域环流结构的影响。数值研究表明:黄河入海径流量对河口附近海域环流结构有显著影响,径流越大冲淡水向北-西北方向偏转越明显,同时流轴中心余流流速也显著增大;莱州湾顺时针环流受黄河入海径流影响显著,径流量越大越不利于该环流的发育和维持,而径流量越小环流越稳定;径流量越大导致河口附近海域表层余流加大,余流垂向梯度得到加强,底部补偿流增强,河口垂向环流越明显。     

伶仃洋河口横向环流

横向环流存在于大多数河口中,在河口的动量平衡和物质输运过程中起着重要的作用,其形成的机制众多。本文利用三维水动力模型EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code),结合1989年和2002年的实测数据对伶仃洋河口进行研究,得到了伶仃洋河口在洪季和枯季时期不同的水动力和盐度分布结构。在文中选取了具有代表性的两个断面,针对洪枯季、大小潮以及涨落潮等不同时期的横向流结构和盐度剖面分布特点进行比较和分析。结果显示,受局地的径、潮流条件和地形约束影响,横向环流结构并不能充分形成,在不同的区域表现出截然不同的结构特点。伶仃洋河口横向环流主要是在径、潮流与地形三者之间的相互作用下形成的,不同的区域的形成机制存在差异。综合分析后,本文认为伶仃洋河口的横向环流在该区域的动力过程中相对较为次要。     

Morphological evolution of a large sand bar in the Qiantang River Estuary of China since the 1960s

A large sand bar develops in the inner Qiantang River Estuary, China. It is a unique sedimentary system,elongating landwards by about 130 km. Based on long-term series of bathymetric data in each April, July, and November since the 1960 s, this study investigated the morphological behavior of this bar under natural conditions and the influence of a large-scale river narrowing project(LRNP) implemented in the last decades. The results show that three timescales, namely the seasonal, interannual a...     

特枯水文年长江口南槽盐水入侵分析

2006年6月至2007年5月长江入海径流量较多年平均减少1/3,为特枯水文年.根据长江口南槽江亚北水道实测盐度等资料,分析了该特枯水文年的盐水入侵状况.结果显示:研究区该时间段几乎均为盐水所占据,96.6% 的天数处于盐水入侵状态;与常年相比,盐度具有年变幅大、洪枯季差异小、高盐月份多的特点.研究表明:盐水入侵主要受径、潮流控制,多发生在小径流量-大潮期;大通径流量 30 000 m3/s 是盐水入侵与否的阈值.