Numerical modeling of hyperpycnal flows in an idealized river mouth

Numerical experiments in an idealized river mouth are conducted using a three-dimensional hydrodynamics model (EFDC model) to examine the impacts of suspended sediment concentration (SSC), settling velocity of sediment and tidal mixing on the formation and maintenance of estuarine hyperpycnal flows. The standard experiment presents an illustrative view of hyperpycnal flows that carry high-concentrated sediment and low-salinity water in the bottom layer (>1.0 m in thickness) along the subaqueous slope. The structure and intra-tidal variation of the simulated hyperpycnal flows are quite similar to those previously observed off the Huanghe (Yellow River) mouth. Results from the three control experiments show that SSC of river effluents is the most important parameter to the formation of hyperpycnal flows. High SSC will increase the bulk density of river effluents and thus offset the density difference between freshwater and seawater. Low SSC of river effluents will produce a surface river plume, as commonly observed in most large estuaries. Both the settling velocity of sediment particles and the tidal mixing play an important role in maintaining the hyperpycnal flows. Increasing settling velocity enhances the deposition of sediment from the hyperpycnal layer and thus accelerates the attenuation of hyperpycnal flows, whereas increasing tidal mixing destroys the stratification of water column and therefore makes the hyperpycnal flows less evident. Our results from numerical experiments are of importance to understand the initiation and maintenance of hyperpycnal flows in estuaries and provide a reference to the rapidly decaying hyperpycnal flows off the Huanghe river mouth due to climatic and anthropogenic forcing over the past several decades.     

南海 18°N 断面 上的体积和热盐输运

以2005—2008年4年中南海北部开放航次所获得的水文观测资料为基础,结合卫星高度计遥感资料,采用动力计算方法计算南海18°N断面的经向地转流,并与声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profilers,ADCP)走航观测资料进行对比,进而计算出通过南海18°N断面1000m以浅的各站位以及断面上总的经向地转体积、热、盐输运量。结果表明,2005—2008年南海北部开放航次期间18°N断面上的经向地转流呈相间带状分布,各站位经向地转流流速垂向分布和ADCP观测的大体一致。从卫星高度计获得的海面高度场可知,经向地转流流向的空间变化与海洋中尺度涡旋的活动密切相关。2005—2007年航次期间南海18°N断面上1000m以浅总的经向地转体积、热、盐输运均为南向输运,其3年的平均输运量分别为11.8Sv(1Sv=106m3.s 1)、0.38PW、418.8Gg.s 1;其年际间差别较大,经向地转体积、热、盐输运量均为2005年最大,2006年次之,2007年最小。2008年110°—117°E之间1000m以浅总的海水地转体积、热、盐输运量分别为7.3Sv、0.22PW、259.4Gg.s 1。     

台湾海峡夏季与冬季的水体及热盐通量观测

利用在台湾海峡附近的下放式声学多普勒流速剖面仪(Lowered Acoustic Doppler Current Profiler,LADCP)观测资料和温盐观测资料,通过对连续站的两个季节观测进行正压和斜压潮流分析从而去除潮流得到准定常流,并在此基础上计算了南海和东海之间通过台湾海峡输运的水体及热盐通量。结果表明:台湾海峡大部分海域是半日潮海区(正规半日潮及不正规半日潮海区),半日潮主要分量为太阴半日分潮M2;台湾海峡的水体输运及热盐通量呈现明显的季节变化:夏季台湾海峡内表现为一支东北流向的海流,即台湾海峡暖流,存在3.3 Sv(1Sv=106 m3/s)的东北向水体输运,冬季东北季风较强,西南方向的海流加强,混合层可达到底部,存在1.8 Sv的东北向水体输运。与此对应的热盐通量分别为:夏季热通量为0.34×1015 W,盐通量为118.6×109 g/s;冬季热通量为0.14×1015 W,盐通量为72.9×109 g/s。该结果对台湾海峡通量的研究给出了一个直接观测的准确值,并为相关的数值研究提供了参考。     

海底裸置与埋置管线自沉过程对比研究

海底管线是海洋油气输运系统的重要组成成分,其稳定性和安全性尤为重要。通过有限元软件ABAQUS,应用Mohr-Coulomb模型,模拟海底裸置与埋置管线自沉过程。通过平衡初始地应力,设置管土接触,考虑重力和浮力作用,进行土体固结分析,计算裸置与埋置管线的土体与管线竖直位移,并进行管线悬跨研究。计算结果显示,对于裸置管线,参数的改变使土体更容易发生塑性屈服,土体的竖直位移量更大;对于埋置管线,当管线埋深较浅、管线上方土体重量不大时,参数的改变使管线平均密度与周围土体密度相差越大土体越容易发生塑性屈服,土体的竖直位移量越大。当管线悬空时,悬跨长度过大易使管线两端支撑土体被压溃,管线易产生大变形而失稳,因此在管线安装与维护过程中,一定要采取措施降低悬跨长度,保证管线运营安全。     

珠江黄茅海河口洪季侧向余环流与泥沙输移

2012年洪季对珠江黄茅海河口湾侧向动力结构与泥沙输移过程进行了系统观测,采用动量平衡和泥沙通量机制分解等方法,分析了河口流、温盐和泥沙侧向分布特征以及泥沙输移过程,探讨了侧向动量平衡与泥沙输移机制。洪季黄茅海河口存在明显的侧向流,西滩和北槽均形成表层向东、底层向西的两层侧向流,拦门沙滩顶呈现表、底层向西、中层向东的三层侧向流,而拦门沙前缘侧向流整体向西。河口湾纵向净泥沙通量表现为北槽向海、西滩向陆,拦门沙滩顶及其前缘均向海;侧向净泥沙通量表现为滩顶及其前缘均向西,西滩向东、北槽向西。这种侧向泥沙辐聚过程是高浓度悬沙聚集于滩槽界面的重要原因,向陆净通量是西滩回淤的重要原因。滩槽间侧向余环流动量平衡主要是侧向斜压梯度力、科氏力和侧向平流作用。欧拉平流输运在侧向泥沙输运中起主要作用,潮泵效应也起重要作用。     

利用被动示踪物模拟对黑潮入侵南海的数值研究

由于缺少观测数据和对黑潮水准确定义,很难识别出从太平洋入侵到南海的黑潮水团。本文基于一个经过观测验证的三维模式MITgcm,利用被动示踪物标记黑潮水,研究了入侵南海的黑潮水的时空变化。研究表明,在冬季,黑潮水入侵的范围最广,几乎占据了18°N-23°N和114°E-121°E的区域;并有一个分支进入台湾海峡;黑潮入侵的范围随深度增加逐渐减小。在夏季,黑潮水被限制在118°E以东,且没有分支进入台湾海峡;入侵的范围从海面到约205米是增大的,之后随深度增加逐渐减小。通过分析从2003年到2012年黑潮入侵的年际变化,与厄尔尼诺年和正常年相比,冬季黑潮入侵后向台湾海峡的分支在拉尼娜年是最弱的,这可能与中国大陆东南方向的风应力旋度有关。通过吕宋海峡的黑潮入侵通量（KIT）是西向的,其年平均值约为-3.86×10⁶ m³/s,大于吕宋海峡通量（LST,约-3.15×10⁶ m³/s）。250米以上的KIT约占了全深度通量的60-80%。此外,从2003年到2012年KIT与Niño 3.4指数的相关系数到达0.41,小于LST与Niño 3.4指数的相关系数0.78。     

Stokes漂流对全球海表面温度模拟的影响

Stokes漂流对海洋上混合层中的流场和温度场结构具有不可忽视的作用。本文基于WAVEWATCHⅢ海浪模式模拟的海浪要素计算得到Stokes漂流,将其引入SBPOM模式的动量方程中,从体积输运的角度研究Stokes漂流对全球海表面温度的影响。分析发现Stokes漂流与Stokes输运在全球呈现高纬度强于中低纬度的带状分布特征,且这种流动与输运对全球海表面温度具有降温作用,该降温作用的分布与全球Stokes输运强度相对应,高纬降温作用大于中低纬度,特别是南极绕极流海域平均降温明显大于其余海域,最大降温可达1.5℃,且全球月平均降温超过0.1℃。     

波浪作用下渤海湾近岸海域污染物的输移扩散规律

用物理模型实验和数学模型计算相结合的方法,研究了均匀缓坡岸滩上,规则波及不规则波浪作用下形成的沿岸流及其对岸边排放污染物输移扩散的影响。针对渤海湾的地形和主要波浪方向,研究了渤海湾主要排污口附近单纯波浪以及波浪、潮流共同作用下近岸海域内流动速度分布与相应污染物输移扩散规律。结果表明,在渤海湾近岸海域(一定范围内),污染物输移扩散受到波浪作用的影响,表现为平行岸线方向。波浪作用使得远离污染物排放口的滩涂受污染的影响增大。     

Indicators and impact analysis of sediment from the Changjiang Estuary and East China Sea to the Hangzhou Bay

Based on the historical evolution of the Hangzhou Bay, by making use of the conclusions made by the previous research workers and the integration of concrete data, five distinct impact indicators of the sediment from the Changjiang Estuary and the East China Sea to the Hangzhou Bay are summarized. Numerical calculation and analysis indicate that the scouring and deposition of seabed in the Hangzhou Bay are subject to the direct impact of the evolution of the Changjiang Estuary, and the growth and decline and the direction of the sandy bar at Nanhuizui give traces to the sediment transport between the Changjiang Estuary and the Hangzhou Bay. The transport of sediment from the Changjiang Estuary to the Hangzhou Bay occurs mainly in winter and spring seasons and the increase of the Changjiang River runoff and the decrease of sediment charge have caused scouring in the northern coast of the Hangzhou Bay and the seabed erosion along the frontal margin of the Changjiang River Delta.