二维悬沙长期输运速度的定义和机理分析

将悬沙和水体的长期输运分离研究,给出二维悬沙长期输运速度的定义。从理论上分析了各种物理过程对二维悬沙长期输运速度的影响机理。采用部分观测资料,对长江口二维悬沙长期输运速度及其机理作了初步的计算分析,结果表明：在最大浑浊带,悬沙和水体长期输运有明显的差别;在描述悬沙长期输运时,二维悬沙长期输运速度比二维水体长期输运速度更合理;潮泵作用和垂向切变作用是造成两者差别的主要原因。     

河口物质和水体长期输运分离的理论分析和观测验证Ⅰ.物质和水体长期输运分离的理论分析

基于单宽断面潮周期平均水体和物质对流输运通量,定义了二维水体和物质长期输运速度,它们分别描述单宽断面水体和物质长期输运的方向及快慢。通过二维水体和物质长期输运速度的对比分析,提出了物质和水体长期输运分离概念:受物质浓度影响,在物质和水体瞬时运动速度相同的情况下,物质和水体潮周期平均对流输运的方向和快慢可能存在差异。本文将二维物质长期输运速度分解为二维水体长期输运速度、二维潮泵输运速度和垂向切变输运速度,它们分别描述余流输运、潮泵输运和垂向切变输运,后两种输运造成单宽断面物质和水体长期输运分离。本文的分析表明,河口受地形、径流、潮流、密度梯度影响,存在有利于物质和水体长期输运分离的自然条件。     

河口物质和水体长期输运分离的理论分析和观测验证 Ⅰ.物质和水体长期输运分离的理论分析

基于单宽断面潮周期平均水体和物质对流输运通量,定义了二维水体和物质长期输运速度,它们分别描述单宽断面水体和物质长期输运的方向及快慢。通过二维水体和物质长期输运速度的对比分析,提出了物质和水体长期输运分离概念:受物质浓度影响,在物质和水体瞬时运动速度相同的情况下,物质和水体潮周期平均对流输运的方向和快慢可能存在差异。本文将二维物质长期输运速度分解为二维水体长期输运速度、二维潮泵输运速度和垂向切变输运速度,它们分别描述余流输运、潮泵输运和垂向切变输运,后两种输运造成单宽断面物质和水体长期输运分离。本文的分析表明,河口受地形、径流、潮流、密度梯度影响,存在有利于物质和水体长期输运分离的自然条件。     

洋山港海域水体和悬沙输运机制研究

对洋山港海域水体和悬沙长期输运速度分离,并进行机制分解,分析各种物理过程对水体和悬沙长期输运速度所起的作用.结果表明,水体和悬沙输运存在明显差异,直接描述悬沙净输运更准确合理;欧拉余流在水体长期输运中占主导地位,平流输运和潮泵输运是洋山港海域悬沙输运的主要动力因素,由于潮动力混合较强,垂向输运作用很小.     

胶州湾夏季盐度长期输运机制分析

依据在胶州湾2009年夏季航次获得的21个站位温盐同步观测资料,在普林斯顿海洋模式的基础上建立了只考虑M2分潮的诊断斜压模式。基于模拟结果以单宽通量机制分解法,定量分析了胶州湾盐度长期输运机制,并通过设计实验讨论了漫滩、斜压以及风对盐度长期输运的影响。与以往在河口区的研究不同,胶州湾水体长期输运在盐度长期输运各分解项中占主导,潮泵与垂向切变输运作用较弱,水盐长期输运分离现象并不显著。漫滩能够较大的促进水体输运和潮泵输运作用,斜压使得垂向切变输运得到加强,促进了水盐长期输运的分离,而风削弱了垂向切变输运作用,抑制了其分离。本研究定量给出了胶州湾水体和盐度长期输运的特征。     

长江口悬沙动力特征与输运模式

本项研究用ADCP在长江河口进行高频、高分辨率三维流速和声学浊度的定点观测,通过对定点站位潮周期内的悬沙浓度、流速和盐度的分析,计算悬沙输运率;悬沙输运机制分析表明平流作用、斯托克斯漂移效应在悬沙输运中占据主导地位.此外,从河口内向河口外,潮周期内的水动力特征与悬沙净输运具有明显的地域性差异,主要表现在悬沙输送的贡献因子、盐度的垂向混合和分布特征、垂向流速等方面.在拦门沙下游和口外地区,悬沙均向西、北方向输送,而拦门沙上游则向东、南方向输送.这种悬沙输运格局,对于长江口拦门沙及附近最大浑浊带的形成有着重要的作用.     

太平洋东边界波浪输运

通过计算2000年涌浪指标(swell index)的全球分布,发现太平洋东边界赤道附近区域存在涌浪池.利用ECMWF再分析波浪资料,计算出2000年全球月平均波浪体积输运.比较2000年全球月平均波浪体积输运和2000年QUICKSCAT月平均风场,发现在赤道太平洋东边界涌浪池区域内的波浪输运方向和风向存在很大的差别,两者方向相差大约90°.这进一步验证了该地区涌浪池存在的真实性.研究发现,赤道太平洋东边界涌浪主要来源于北太平洋和南太平洋的西风带对应的海区.在涌浪池区域内分别在2.5°S和2.5°N取两条边界(边界起点为125°W,终点为美洲大陆西边界),计算通过这两条边界进入赤道区域涌浪的Stokes体积净输运量.结果表明,不同月份通过南、北两条边界波浪的净输运量与当月南、北太平洋西风带的风浪强度密切相关.同时指出了,涌浪的体积输运将会对大洋环流系统产生潜在的重要影响.     

基于再分析数据的全球海洋水体和热盐输运及其季节变化

全球海洋环流复杂,其产生的水体和热盐输运决定了各大洋物质和能量的再分配,并且对海气相互作用以及全球气候变化产生重要影响。本研究基于GLORYS12、GLORYS2V4、C-GLORS05、FOAM和ORAS5五种再分析资料对全球12个关键截面处的海洋水体和热盐输运进行了估算。平均计算结果显示,纬向积分的海洋经向盐量输运与经向体积输运的变化基本一致,这主要是由于海水盐度垂向变化较小,水体盐量输运与体积输运大小成比例。全球海洋在35°S附近呈现经向体积输运极值,其南向输运量接近10 Sv。由于海洋温度随深度增加迅速减小,且中下层较为稳定,因此海洋经向热量输运与上层海洋环流相关性更高。全球海洋在南北半球均呈现向极的经向热量输运,北半球中低纬度输运量在1.5～2.0PW,南半球中低纬度输运量在1.0 PW左右。N向热量输运横跨整个大西洋,南大西洋中低纬度输运量在0.3～1.0 PW,北大西洋中低纬度输运量在1.0～1.3 PW。与大洋经向输运相比,南大洋由于强劲的南极绕极流的E向流动,其纬向水体和热盐输运显著。计算结果显示,通过南大洋20°E、146°E截面以及德雷克海峡分别约有144.50、...     

北部湾环流和沉积物输运的数值模拟

研究环流和沉积物输运对北部湾的环境保护和资源开发十分重要。本文使用区域海洋模型（ROMS）,研究了北部湾海域的季节环流、沉积物输运以及长期的地形演变过程。展示了湾内冬季和夏季都存在逆时针环流,冬季的风生环流比夏季强的特征。悬沙浓度较大值主要分布在琼州海峡、海南岛西侧海域,以及越南沿岸、雷州半岛沿岸等近岸地区。沉积物在琼州海峡附近表现为在冬季由东向西输运,夏季则相反;在琼州海峡西口处,沉积物全年以西向输运为主。结果显示,北部湾内沉积物输运主要由潮流引起的再悬浮控制。侵蚀和淤积的分布模式为：（1）湾内大部分区域侵蚀淤积不明显,（2）琼州海峡两侧口门附近淤积比较明显,（3）琼州海峡内深槽侵蚀严重,（4）海南岛西侧海域存在侵蚀和淤积交替发生区域。     

长江河口悬沙与盐分输运机制分析

2004年9月15~22日在长江口南支口门区域进行了水位、流速、悬沙浓度、盐度的全潮观测,基于这些现场数据,分析河口区域流速结构、悬沙浓度与盐度的时空分布特征;利用机制分解法研究河口悬沙、盐分的通量和输运机制,并探讨它们与水体垂向结构之间的关系。主要结论如下:长江河口区的悬沙浓度存在显著的时空变化特征,从口内向口外,悬沙浓度呈显著减小趋势,大潮期间的悬沙浓度较大,是小潮期间的数倍。通量机制分析结果表明,长江河口区以欧拉余流为主,向海输运,并有向海方向逐渐减小的趋势,斯托克斯余流向陆输运,在大、小潮期间有显著差异。盐分输运机制中,以欧拉余流占主导地位,潮泵效应、垂向重力环流、垂向剪切扩散作用的贡献次之。长江河口悬沙净输运率在向海方向逐渐减小,大潮期间的悬沙净输运率比小潮期间的大1~2个数量级,水动力条件是造成长江河口悬沙净输运时空差异的主要因素。悬沙输运机制小潮期间以欧拉余流占主导地位,在大潮期间则以与紊流相关的垂向剪切扩散作用取代欧拉余流占据主导地位。悬沙瞬时输运机制中的剪切扩散项在中下层水体的理查德森数(Ri)小于0.25时才有较大的量值,在南槽内,当底层水体的理查德森数(Ri)处于-0.1相似文献   

吕宋海峡深层水体体积输运的诊断分析

使用WOD09, WOA05, WOA01和SODA四种水文数据,利用水力学理论对吕宋海峡的深层水体体积输运进行了估计。结果表明：由于忽略了摩擦和地形等因素的影响,水力学理论得到的输运结果是深层体积输运的上限。不同数据以及吕宋海峡东西两侧选取的不同区域,都对水力学理论的体积输运估计存在显著影响。SODA数据在吕宋海峡附近的深层海区存在偏差,得到体积输运估计明显偏大,因而不适用于水力学理论进行吕宋海峡深层水体体积输运的估计。为对于南海的环流、混合及生态环境存在重要影响的吕宋海峡深层水体体积输运进行合理估计,对利用水力学理论估计深层水体体积输运的研究方法做了进一步探讨。     

珠江口磨刀门水道枯季咸潮上溯与盐度输运机理分析

以珠江河口磨刀门盐度和流速观测资料为基础,采用盐度输运分解的计算方法对磨刀门盐度输运特征进行分析,对比各分解项动力成因和对盐度输运贡献的大小,分析磨刀门水道盐度分布特征和输运特征,结果表明:(1)磨刀门水道盐度输运主要由径流为主要作用的欧拉输运、潮流剪切输运和由河口密度梯度产生的垂向环流输运为主,其中欧拉输运方向向海,潮流剪切和重力环流输运向陆,两种不同方向的盐度输运在大、小潮期相对强弱的变化,导致了咸潮上溯的增强或者减弱。小潮期间,垂向环流和潮流剪切输运大于欧拉输运,净输运方向向陆导致咸潮上溯;大潮期间,垂向环流输运显著减小,净输运方向向海导致咸潮后退。(2)洪湾水道盐度输运主要以欧拉输运为主,垂向环流输运很小,与磨刀门水道盐度输运具有显著的不同。     

厦门港南部附近海域的水动力输运特征

本文采用二维浅水潮流方程,欧拉余流模型和拉格朗日余流模型,并通过数值模拟的方法,研究了厦门港南部附近海域的水动力输运特征。结果表明,该海域的水动力输运条件良好,水交换能力罗强。     

夏季浙江沿岸陆架区泥沙输运机制

基于2014年夏季浙江沿岸陆架区的水文、泥沙、底质沉积物等实测资料,运用物质通量分析方法和Gao-Collins粒径趋势分析法,探讨了泥沙的输运通量、输运方向、动力机制及净输运趋势。夏季,近岸含沙量规律性较强,由西至东逐渐降低,由南至北逐渐升高,且与潮流有非常好的对应关系,呈现出明显的潮周期变化特征。研究区净悬沙通量自岸向外海迅速变小,悬沙输运中平流输运占主导地位,其次是垂向净环流对悬沙输运的影响,近岸海域表现为向海输沙,30 m以深海域表现为东北向输沙,同时台湾暖流的屏障作用也影响了悬沙向海扩散。粒径趋势分析显示浙江沿岸陆架表层沉积物的长期输运机制为由东北向西南输运,在流系以及海底地形的影响下,中部海域出现粒径趋势较弱的沉积中心。而在夏季,悬浮泥沙主要为平行岸线向东北输运,估算每天进入研究海域的净悬浮泥沙约为1.9×106 t。     

河口Si输运过程研究

基于拉格朗日余流及其输运过程的一种三维空间弱非线性理论，进一步假定Ｓｉ在河口的无因次化学转移项量级为ｋ＾２，给出了Ｓｉ的长期输运方程。对于一种二维模型河口，数值求解了零阶天文潮，欧拉余流、斯托克斯漂移、拉格朗日余流和盐度的分布；分别计算了平均逼留时间为１３，３０，６０，１８０ｄ等所对应的Ｓｉ浓度分布；给出了Ｓｉ－ｓ相关图，讨论了河口中Ｓｉ的保守性问题。     

福宁湾海域冬季大潮期悬浮泥沙输运特征

基于2014年12月在福宁湾附近海域8个站位的同步水文泥沙观测资料,分析了冬季大潮期悬浮泥沙分布以及输运通量的变化规律,并结合理查森数、水体混合所需的势能、潮动力引起的水体势能变化率的计算结果,初步探讨了水体的垂向混合对于悬浮泥沙垂向分布的影响,研究了悬浮泥沙的输运机制。结果表明,从湾内到湾外,温度、盐度总体上呈现递增的趋势;平面上各站位悬浮泥沙浓度由湾内向湾外递减;潮周期内悬浮泥沙浓度变化存在不对称性,总体来说,湾内及湾口处(1#站除外)涨潮阶段悬浮泥沙浓度高,湾外(4#站除外)落潮阶段悬浮泥沙浓度较高。从湾内向湾外,随着水深的增加潮周期内水体的垂向混合逐渐减弱,悬沙浓度的垂向差异逐渐增大。悬浮泥沙输运在湾内及湾口整体表现为向陆输运,在湾外为向海输运。在湾内及湾口处,各分层悬浮泥沙的输运方向大多向陆,且量值较高,而湾外的悬浮泥沙输运方向在垂向上存在差异。由于潮流不对称以及悬浮泥沙的滞后效应引起的潮泵项输运对总的悬浮泥沙通量起主要贡献。     

长江河口水流输运时间研究

利用水龄理论的新方法,借助环境水动力学模型定量讨论了多年平均径流条件下长江河口径流和潮汐作用对河口水流输运时间的影响。研究给出了长江河口水流输运时间的时空格局:多年平均流量条件下,水流从徐六泾输出至河口(122.5°E)大约需要24d,南、北槽分流口以上河段水流输运时间主要由径流控制,水流输运时间为8d,向下至拦门沙滩顶水域由径流和潮汐共同控制,水龄为16d,说明最大浑浊带区域的水流输运速度较上下游为慢,从一个侧面阐述了最大浑浊带区域水动力的特征;长江河口水流输运时间存在明显的层化现象,表底层相差最大值可达6d。数值模拟试验结果表明长江河口的潮汐作用是影响河口水流输运时间的关键要素,河口巨大的进潮量增强河口水流交换能力并减小水流输运时间,从而显著影响随水体运动的物质输运格局。水流输运时间研究,不仅可以成功应用于河口水动力环境的量化研究,而且可以为泥沙输运及污染物输运等环境变化研究提供动力的基础。     

枯季长江口南槽悬沙输运过程和机制研究

开展枯季河口悬沙输运机理研究对于揭示弱径流条件下的陆海相互作用、河口季节性冲淤和水沙关系等具有重要的科学意义.本文根据2018年12月18-25日长江口南槽3个站位连续13个潮周期的同步流速、流向和悬沙浓度等观测资料,运用通量机制分解法研究了各输沙项的特征、贡献和输运机理.结果 表明,从小潮至大潮流速和悬沙浓度不断增加,由南槽上部至下部流速和悬沙浓度逐渐降低.观测期间平均流速与平均悬沙浓度存在明显的正线性关系,但受底质空间差异影响,悬沙浓度对流速的响应强度存在显著的空间变化.枯季期间南槽存在着中上部向陆净输沙、下部向海净输沙的空间输运格局.平流输沙和潮泵输沙是影响和控制净输沙的关键因素,二者的强度和贡献存在明显的潮周期变化和空间变化,垂向环流输沙的强度很弱,对净输沙贡献很小.南槽涨落潮输沙不对称现象明显,流速、悬沙浓度和历时都具有一定的涨落潮不对称性,这些不对称现象共同调节和控制着潮周期净输沙强度和方向的时空变化.     

长江口北港口门海域悬沙输运机制分析

根据2012年10月24日至11月1日在长江口北港口门海域获取的沉积动力学数据,采用输运通量分解方法分析水沙输运机制。结果表明,长江口北港口门附近海域涨、落潮期间底部悬沙浓度与近底部流速呈显著线性相关,存在显著的再悬浮作用;潮周期内的悬沙输运具不对称特征,涨潮悬沙浓度大于落潮悬沙浓度,悬浮泥沙有向陆输运的趋势。拉格朗日平流输运是影响悬沙输运的主要贡献项;潮泵效应(尤其是潮汐捕捉效应)以及河口垂向环流作用是两个次要影响因素,在影响程度上前者比后者略大。观测发现,长江口北港口门海域潮流除了具有涨落潮流速、历时等不对称现象外,还具有流速结构不对称的特征,进而导致涨、落潮底部湍流混合程度不对称与输沙不对称,这可能是造成悬沙向河口内输运形成最大浑浊带的重要因素。     

夏季潮流作用下龙口湾海域悬浮泥沙时空变化特征及其输运机制

根据龙口湾海域海流、悬浮泥沙等实测资料,利用Morlet小波分析与单宽悬沙通量机制分解法,分析了研究区悬浮泥沙浓度时空分布特征和变化规律,并探讨了悬浮泥沙的输运机制。研究结果表明,平面分布上,研究区的悬浮泥沙分布呈现人工岛外悬沙浓度大于岛内水道海域的分布特征;垂向上,各站位平均含沙量由底层向表层逐层递减,特征明显。悬浮泥沙浓度在潮周期的变化较为复杂,各站位悬浮泥沙浓度在单日内一般出现2～4次峰值;悬浮泥沙浓度峰值往往滞后于流速峰值0.5～2 h;悬浮泥沙浓度在时间上的变化以12～16 h尺度为主要周期。研究区单宽输沙通量主要介于2.64～24.68 gs~(-1)m~(-1);整体上呈现人工岛外海域悬沙通量高于人工岛内的平面分布格局。悬浮泥沙输运方向与潮致余流方向基本一致;受余流、地形、悬沙浓度等影响,各个输沙分项对输沙率的贡献相差较大,平流输运在悬沙输移中占绝对优势,其次为垂向净环流输沙。