A rational boundary condition for simulating pollutants diffusive fields

How to determine the future open boundary conditions of the diffusive equation for certain bays or estuaries is still a question, although the present conditions can be easily obtained by observation.In this paper, a new concept "the effective reach" led to the conclusion on theopen boundary for the case n- 1 was confirmed by some numerical experiments. This rational boundary condition for simulating the pollutants diffusive fields can be effectively applied to environmental problems.     

1989年夏季黄河口及其附近海域某些自然环境特征及水型分布

河口地区是海陆相互作用的主要场所之一,这一区域的水文状况既不属于典型的陆相,也不属于典型的海相,而是由河口排入的大量淡水与海水混合而成。这一区域的水文状况比较复杂,海水中含有丰富的营养盐及矿物质,是海洋生物繁殖、栖居的良好环境，也是人类开发利用海洋的极好场所。因而研究河口区域理化环境的分布变化对了解河水海水界面的转移规律和河口区生态学的研究都具有重要的意义。 黄河是世界泥沙浓度最高的河流,年平均入海泥沙的浓度为24.5kg/m3,在每年约11亿吨的泥沙中,有3亿多吨进入开阔海域。由于多年的淤积沉淀,岸边海水不断变浅,冲积平原区域面积亦不断增加,故而使黄河入海处的河道经常改道,其河口处的水文状况也有所变化,因此经常对黄河口海域进行调查和研究是很有必要的。 本文利用1989年8月对黄河口及其附近海域综合调查的资料讨论了黄河口区域的水文、水化及生物分布特征,并应用Fuzzy 聚类法对该海区夏季的海水类型进行了综合性的分析。这对了解和研究该海域的初级生产力、河水与海水混合过程中的环境因子与生物之间的关系,以及石油开发、海水捕捞、水产增养殖等都具有重要意义。     

黄、渤海温跃层三维数值模拟

本文建立了一个三维温盐流耦合数值模式,考虑热平流以及海面热通量等的综合作用,通过数值模拟,研究黄、渤海温跃层形成演化的机制。选用了一个考虑风、潮、波浪涡动混合作用较为合理的铅直湍流扩散系数计算方案,对海区温度结构进行数值模拟。模拟结果表明,模式计算稳定性好,模拟时限长,与实测结果吻合良好。从3月份开始一直积分到11月,成功地模拟了黄、渤海温跃层演化的无跃期、成长期、强盛期直至消衰期的全过程,得出温跃层在成长期是一种正反馈机制,而在消衰期是一种负反馈机制的结论。数值结果显示出,潮流和风浪的涡动混合作用,海面热通量和海水透明度直接影响到温跃层的强度、深度及厚度,另外,热平流及海底地形的影响也是不可忽视的。     

夏季南黄海深层冷水团内部的水文结构

在整个黄海水域，夏季存在着范围广阔的深层冷水块。习惯上根据地域分布的不同，把地处北黄海的冷水块叫“北黄海冷水团”，地处南黄海的叫“南黄海冷水团”这两冷水块连成一体通称“黄海冷水团”。赫崇本是我国最早分析黄海冷水团的基本属性和消长变化的学者之一；而后，管秉贤分析了黄海冷水团的水温变化和环流结构，并进一步确认黄海冷水团是冬季保留下来的。近几年来我国学者对黄海冷水团的成因和水文、环流结构又有不少新的研究。例如，袁业立提的热生模式较好地讨论了北黄海冷水团中心区域的热结构和环流结构；Guo Binghuo(郭炳火)根据南黄海冷水团分裂成两个低温中心，指出：围绕南黄海冷水团存在着大小两个气旋式冷水团环流。万国铭等1)依据经典的水团分析技术指出：南黄海冷水团仅分布于123°E以西的狭小区域，而123°E以东的广阔水域则为黄海暖流底层水所占据。赵保仁提出潮混合对黄海冷水团的边界起着重要的控制作用。以上几种观点，对进一步分析黄海的水团和环流结构都有着启发意义。 本文的主要目的，是依据1984年7月中美联合调查所获得的水文资料(站位见图1)和部分历史资料来阐明南黄海冷水团内部的复杂结构。分析结果表明，夏季南黄海深层冷水团内部，仍然存在着春季保留下来的具有高温高盐性质的黄海暖流水系的扩张现象。这一扩张现象似可理解为与黄海暖流同源但已被切断联系的黄海暖流残迹在黄海冷水团内部继续前进的反映。因此，夏季黄海冷水团可进一步划分为具有高温高盐性质的“黄海暖流水”和具有低温低盐性质的“黄海本地冷水”两个次级水团。在这两种水团之间，存在着明显的锋面和显著的混合现象，在锋面处还可以观测到由双扩散产生的两水团之间的相互侵入现象。     

相空间反演方法及其在海洋资料分析中的应用

时间序列重建相空间理论是研究实验数据所隐含着非线性复杂现象(如奇怪吸引子、分形、自相似结构及混沌)的有力工具.本文在时间序列重建相空间理论基础上,建立了在嵌入相空间中反演动力系统方法,并将此方法应用于TOGA COARE提供的海表温度(SST)时间序列资料分析中,给出了奇怪吸引子关联维数、嵌入相空间维数、Lyapunov特征指数、Kolmogorov熵及可预报时间尺度.利用相空间中反演动力系统,在可预报时间尺度上进行预报实验,其结果与实测值基本一致.     

济州岛西北部的反气旋型涡旋沉积

利用９９２年以来采自南黄海的沉积物样品和１９９御的南黄海水文调查资料,采用地层对比、沉积动力及环境分析等方法,研究了济州岛西北海域反气旋型涡旋流型的环流性质、其下方泥质沉积物的特征以及它们之间的因果关系,并与南黄海中部的气旋型涡旋沉积进行也深入的对比。结果表明,反气旋和气旋型沉积物翥阳细粒的泥质沉积,是在沉积动力较弱的低能环境下生成的,但它们之间 存在明显的差异,特别是反气旋型涡旋的沉积厚度大、粒     

渤海湾海河口区的有机污染及其防治途径

海河口位于渤海湾西端，天津市东侧，是仅次于黄河口的渤海第二大河口。渤海湾是一个半封闭性的内湾，水质肥沃，资源丰富，是我国黄海、渤海许多经济鱼、虾类良好的产卵、索饵和育肥场所，在渔业上占有重要地位。自古就有“渔盐之利，舟辑之便”的海河口区，由于其独特的地理位置，对天津市社会经济的繁荣发展起着重要的作用。近20年来，随着天津市工农业的发展和经济开发的加强，以及城市的扩大和人口的密集，人类的社会经济活动对海河口区生态环境的影响越来越大，出现了入海径流锐减，水域污染严重等环境问题，渔业资源受到了威胁。为此，中国科学院海洋研究所与其他单位组成协作组，于1978-1981年对渤海湾的污染状况及其影响进行了多学科的综合调查，结果表明：污染的主要区域是河口近岸区，主要污染物是有机物、氮、磷和石油等。(本集邹景忠、张景镛?文)当时由于受调查范围和项目的限制，对河口区的有机污染研究甚少。为进一步查明海河口区有机污染的状况、规律及其影响，研究河口的物理自净，探索污染防治措施，我们又于1983-1985年，从陆、海区域水环境的综合研究出发，运用环境地球化学和污染生态学的一些理论和方法，比较全面、系统地对面积814 km2 的海河口区进行了多学科的专题调查和室内模拟实验研究。 调查范围是118°E以西，38°35’N以北，水深l0m以浅的外河口(包括大沽口、北塘口及其口外近岸水域)和受潮汐影响的内河口(包括永定新河河口段和大沽排污口)，共29个测站(图1)。调查时间为1984年5月(枯水期)、8月(丰水期)、10月(平水期)三个代表月份。8月还在B, D, 8, 17 和20号站进行周日连续观测。调查项目如下： 水文、气象、物理部分：水深、水温、水色、透明度、盐度、海流、风速、风向。 水质部分：溶解氧(DO)、化学耗氧量(COD)、五日生化耗氧量(BOD5)、总氮(TN)、氨氮(NH4-N)、亚硝酸氮( NO2-N)、硝酸氮(NO3-N )、无机氮(TIN)、有机氮(TON)、总磷(TP)、无机磷(TIP)、有机磷(TOP)、阴离子表面活性剂(AS)、悬浮体。 底质部分：有机碳(TOC)、有机氮(TON)、硫化物(S)、腐殖酸(HA)、烧失量(IL)、AS。 生物部分：大肠菌群(CB)、陆源异养菌(THB)、海洋异养菌(MHB)、叶绿素a、浮游动、植物。另外，还进行了天津南、北排污河污水对鱼、虾的急性致毒和鱼虾的回避实验。 本调查是国内首次对河口区有机污染进行综合的研究。通过调查研究，获得了大量数据和样品，经过资料处理、分析和研究，查明了目前海河口区的有机污染水平；探讨了有机污染物的时空分布特征和迁移、转化规律；阐明了有机污染对河口生物(微生物、浮游生物、经济鱼虾)的影响状况；计算了海河口和渤海湾的三维潮流场，建立了COD的三维扩散数值模拟；并在此基础上提出了污染防治对策和建议。其中，对某些有机污染物的迁移、转化规律和河口生态现象所提出的一些新见解，以及调查中所建立的综合研究方法、有机污染评价方法和阴离子表面活性剂分析方法等等，对当前和今后更深入地研究有机污染规律及防治措施都有一定参考价值。 本调查研究成果包括调查报告和专题论文两部分。本调查报告，着重讨论海河口区水环境特征，海河口区有机污染的评价和海河口区有机污染的防治途径等三项内容。     

渤、黄海每日海面热通量的计算

渤、黄海是三面环陆的半封闭海区，该海区的水平环流较小（一般５～１０ｃｍ／ｓ），温跃层的发展变化主要取决于海面热交换和垂直涡动混合及对流；东海是开阔海区，近岸海区受长江冲淡水影响，深水区有世界著名的黑潮，温跃层除受海面热交换和垂直涡动混合及对流影响外，还受平流影响，中国海最强的温跃层出现于渤、黄海。国内现有的中国海海面热通量计算结果有《渤、黄、东海海面热平衡图集》和《西北太平洋表面热平衡图集》，都是关于月平均的热通量，但计算温跃层的发展变化需要每日的海面热通量。我们依中国科学院海洋研究所气象组提供…     

表层Ekman剪切流场中的瞬时点源扩散

海洋和大气中的扩散现象,由于乱流(湍流)的存在,致使分子扩散方程不能很好地进行描述。本世纪初人们开始对湍流扩散进行了较多的研究,Taylor(1922)提出了用Lagrange相关函数研究湍流扩散的方法;Prandtl(1925)提出了混合长度概念;Richardson(1926)提出了相邻扩散概念和相邻扩散方程。到五十年代,Taylor(1953),Corrsin(1953)     

渤海潮波运动的三维数值计算

本文采用Leendertse(1973)的三维非线性潮波微分方程的有限差分格式,计算了渤海全日潮、半日潮。计算结果与实测符合良好。本文着重研究了M_2分潮合成潮流的垂直变化及垂直潮流。