渤海典型余环流及其影响因素研究

以大阪大学海湾模型（ODEM）,三维斜压水动力模型研究了渤海夏、冬季节典型余环流结构及其控制园子的影响．浅析了不同计算工况下余流结构对海域不同部分水交换能力的影响．通过分析渤海中部流速的垂向分布,探讨了潮汐、季风和表面热交换对杂环流的贡献．从表面和底层的潮余流结构可以看出渤海的余环流由多个而不是一个旋涡构成,海域的地形和海岸线形状是控制沿岸潮余流结构的主要因素．渤海典型风向下的夏季风和冬季风对余环流的影响差异较大;区域性热盐效应导致的密度流不管是否引起层化现象都会对凤生流和潮余流产生较大的影响．     

东中国海潮余流自适应数值模拟

以自适应数值模型首次计算整个东中国海三维M2分潮潮致Euler余流、Stokes漂流和Lagrange余流，并分析各海区Lagrange余流的特征。渤海M2分潮致Lagrange余流在整个海域基本形成一个大的逆时针环流系统；辽东湾有一个逆时针流环。在黄海，潮致余流也是黄海环流的重要组成部分。在东海的东北部，潮致余流有强化对马暖流的作用；在台湾台北海域，潮余流对台湾暖流有强化作用。在近海海域，由于复杂地形的作用，潮流非线性作用加强，潮余流的量值有较明显的增加。计算结果表明：在浅水区域，Stokes漂流较大，Euler余流与Lagrange余流差别显著。     

黄渤海三维斜压环流的数值诊断模拟

给出一黄渤海三维斜压的数值诊断环流模式，并进行了环流的数值模拟。在黄渤海冬季主夏季的环流模拟研究中，考虑了影响环流的因素，如海面风应力，热盐效应，地形及边界交换等影响因子。由模拟结果，正确再现了黄海冷水团密度环流、黄海暖流和沿岸流等的三维特征，并对这些特征的成因进行了分析。     

同时考虑余流和潮流的海洋模式开边界条件

为较真实地数值模拟浅海环流，需考虑潮流的作用，因在浅海潮混合和潮致余流对环流具有较重要的作用。为保证计算区域内水量流进和流出的平衡，开边界条件需以流速代替水位给出。但这样做必须首先验证开边界条件在以潮流和潮位给出的情况下，计算域内的潮汐和潮流是一致的，随后才能考虑潮流和余流的合成。能否在开边界上同时考虑余流和潮流，在数值上必须首先得到验证。该文设计一个理想海湾，应用ECOM模式，数值试验表明开边界条件用潮流替代潮位，计算域内计算结果是一致的；开边界上同时给出余流和潮流可成功地模拟计算域内的余流场的分布。该文结论对余流和潮流共存情况下海流的数值计算具有推广价值。     

渤海及黄海北部的风海流数值计算及余流计算

依据黄渤海实测风的资料对渤海及北黄海进行了月平均风海流数值计算。计算表明，1月份在西北风的作用下，在渤海出现1个逆时针旋转的环流，在辽东湾北部及黄海北部出现1个顺时针旋转的环流，渤海海峡的海流北进南出。7月份在南风和东南风的作用下，风海流的变化形式与1月份大致相反，海峡处呈南进北出的形式。对渤海中部某点1年的潮流资料通过低通滤波的方法计算逐时的余流值，得到该点1年内表层最大的实测余流为31．9cm/s，全年90％多的时间内表层余流小于10cm/s。对辽东湾北部某点和渤海湾西南部某点数月潮流资料也进行了低通滤波，并将得到的逐时余流与同步风作了比较。依据该2点风和余流的关系以及黄海北部6个点风和余流的关系验证了风海流数值计算的结果，表明在这些点上实测与计算结果拟合良好。     

渤海夏季底层环流的观测与模拟

通过分析用人工水母在渤海夏季进行的首次底层环流的Largrange观测，发现在渤海底层Lagrange余流只有几cm/s，在海峡处基本是北进南出的情况，在辽东湾有1个逆时针的环流，在渤海湾有1个顺时针的环流。但是进一步分析发现，底层人工水母的运移（代表了物质输运）并不完全反映环流的方向，在有些站位甚至出现相反的趋势。通过数值模拟知识瞬时的扩散及沉降等过程是产生这种结果的原因，而根据在于环流场的不均匀性。     

黄、东海环流的数值研究Ⅲ——正压环流的数值模拟

依据黄、东海环流的动力学模型，运用“流速分解法”对黄、东海正压环流进行了数值模拟。计算结果表明科季黄海正压环流主要受风应力影响，基本形态为黄海暖流由济州岛西南进入南黄海中部，其东西两侧分别为两支向南流动的沿岩流；夏季主要受到潮致体力的影响，为一逆时针涡旋。东海环流主要是边界力作用驱动的结果，东海黑潮、台湾暖流和对马暖流较稳定，冬季风应力对东海环流表层流场有消弱作用，在夏季则有一定增强作用。     

太湖风生环流及黏性泥沙输运的三维数值模拟

太湖水体浊度是浮游植物接受光照强度的重要影响因子,而浊度主要受到悬浮泥沙浓度的影响.综合风生流及波浪两方面的因素,采用三维风生流泥沙输运模型对太湖泥沙输运进行了数值模拟研究.将模型模拟结果与实测太湖风生环流及太湖含沙量资料进行了对比分析.验证结果表明,三维风生流泥沙模型基本反映了太湖风生环流及泥沙输运的特点,能为太湖水生态系统模拟提供技术基础.     

玄武湖风生流数值模拟研究

应用浅水湖泊风生流计算的二维有限元数学模型，对玄武湖风生流进行了数值模拟，并研完了玄武湖6m／s东南风风生流的历时变化特征及4m／s6种风向(E，W，S，N，ESE，WNW)下的稳定风生湖流特征．结果表明：6m／s风作用1h后在玄武湖开阔水域一般可形成稳定流场；稳定风生流场可以划分为逆时针环流主导型、顺时针环流主导型和过渡型3种类型；不同方位风场作用形成的稳定的风生流流态是不同的；对峙方位风场形成的风生流流型相似，流向相反．     

北部湾潮致余流和风生海流的数值计算与实测资料分析

北部湾潮致余流的流速只有1～2cm／s左右,靠近海南岛一侧,潮致余流的环流基本为气旋式：分别位于洋浦以北、东方以西、莺歌海西南方。只有靠近越南红河口,有一个反气旋涡;风生海流呈现冬季模式和夏季模式。冬季,表层19°N以北为西南向的流动,19°N以南,靠近海南岛水域为西向流动,越南沿岸为南向流动。大部分区域流速为5～12cm／s,流速最大位于琼州海峡西面及海南岛西南部,可达10～20cm／s,底层流速明显比表层小。夏季,表层,大部分海区为东北向流动,海南岛以南的海区为向东流动,流速大都在3～7cm／s,越南沿岸和海南岛西岸及西北沿岸流速为7～9cm／s,最大流速出现在海南岛西和西北沿岸,可以达到12cm／s。底层,大部分地区流速均小于1cm／s。     

包括潮流作用的黄东海环流模式的开边界条件研究

海洋模式开边界条件在以余水位给出的情况下,难于保证整个计算区域内水量进出的平衡,而以流速(通量)给出的情况下,能严格保证计算区域内水量进出的平衡.要体现潮流在浅海陆架环流中的作用,海洋模式开边界条件需要以余流和潮流合成的形式给出.计算结果表明,开边界条件分别以潮流和潮位给出的情况下,计算域内的潮汐潮流是一致的,表明计算潮汐潮流模式开边界条件可以用潮流的形式替代一般的潮位形式.模式开边界条件可以同时给出潮流和余流来模拟计算域内的总流场.潮流对环流的作用主要在浅海,对深海区的作用不大.文中以长江口外海区为例,考虑潮流后作潮周期平均的环流与不考虑潮流情况下的环流存在明显差异,温度和盐度的垂向结构更符合实测资料.潮流对环流的作用体现在潮混合和潮致余流上,潮混合包括对环流的混合,也包括对温盐的混合,而温盐场的改变也引起流场的改变.因此浅海陆架环流的计算必须考虑潮流的作用.     

大亚湾及周边海区潮流和余流的季节变化特征

通过对大亚湾及其周边海区冬、夏两季大潮、小潮期间多站位的海流观测,分析了调查海区潮流、余流的分布特征和季节变化.结果显示:大亚湾及周边海区较小的潮差导致冬、夏两季整体实测海流较弱,夏季潮差和潮流略大于冬季.大潮期间部分站位表现出明显的潮流涨落特征,但小潮期间在余流和其他因素的掩盖下涨潮流和落潮流不明显.该海区潮流振幅最大的分潮为M_2分潮,而K_1、O_1、S_2分潮振幅较小,所有站位的潮流性质整体表现为不正规半日潮流,潮流运动形式主要表现为往复流.冬季大亚湾湾内的余流虽然较弱,但是余流流向体现出的反气旋结构明显且稳定.大亚湾湾口和惠东以东沿岸海区的余流受季节和天气过程影响明显,夏季期间台风或其他因素造成的天气过程可以使余流整体转向.     

风生环流的准三维数值模拟

本文在水平流速垂向分布表达式采用二次多项式的基础上,对二维浅水方程组中的动量方程进行修正,建立了风生环流的准三维数学模型.应用破开算子法求解考虑动量修正的深度平均方程,对破开后的两个分步分别采用隐式格式和预估-校正格式离散,得到了准三维数值解.验证计算表明该数值模式能用于模拟河口,水库和港湾内的风生环流,算法的稳定性好,收敛快.     

2010年1月渤海海冰成因分析

通过对2009—2010年冬季大气环流资料的分析发现:①混合厄尔尼诺年西太平洋高压减弱,东亚大气经向型环流的加强,冬季冷空气活跃气温降低,北方雨雪偏多,是渤海冰情加重主要原因。②极涡的变化是影响我国冬季天气气候特征变化的重要因素,北极涛动负相位将极地冷空气挤向中纬度地区;对渤海气温降低及海冰生成起着直接作用。③混合厄尔尼诺和"拉马德雷""、冷位相"加强了北半球的经向环流,使西太平洋副高减弱,导致极地冷空气长期影响东亚地区;1月渤海有负距平中心,冷空气长时间控制渤海地区,导致渤海严重冰灾。     

长江口北槽悬沙输移机理分析

运用通量机制分解法对长江口北槽深水航道的实测水文泥沙资料进行了分析,将悬沙通量分解成了8个动力项,从平流输沙、潮泵效应输沙和垂向净环流输沙三方面综合分析了长江口北槽的悬沙输移特征。研究结果表明:在水文资料实测年份时,北槽输沙主要来源于上游来沙;平流输沙项占总体净输沙的比重最大;潮泵输沙所占比例较小;航道内的各测点的垂向净环流输沙主要受欧拉余流控制;深水区悬沙含量垂向变化明显,河口浅水区,表底余流方向不同,垂向净环流输沙作用增强。     

福建省沿岸港湾余流的特征

对1980—1986年的福建省5个港湾79个测站的海流观测资料进行分析,得出福建省沿岸港湾的余流具有以下几个值得注意的特征:(1)港湾口门处的表层余流和底层余流流向大致相反;(2)在“口小腹大”的港湾中,表层余流存在着余流环流,而底层余流环流则随着水深的不同而具有不同的特点;(3)河口区的底层余流可形成辐合区,而表层余流则一致流出河口.     

澳门东侧水域夏季余流及通量的时空变化特征

基于澳门东侧水域两座河口原型观测试验站夏季15 d的连续观测资料,分析了潮周期垂向平均欧拉余流、拉格朗日余流和斯托克斯余流时空变化特征的同时,将其概念推广到垂向潮汐动力影响下的分层余流分析中.研究显示,夏季澳门东侧南、北端水域整体涨落潮流态一致,南侧水域潮动力显著大于北侧;半月时段内,北侧水域潮流物质整体输移方向指向西北,南侧指向东南,拉格朗日余流流速分别为2.2 cm/s和5.1 cm/s,略小于欧拉余流.受海面西南季风影响,南、北侧水域表层欧拉余流、拉格朗日余流和斯托克斯余流流向均为东北向.潮周期垂向平均余流在洪水期指向外海侧,非洪水期北侧水域指向近岸,南侧水域指向伶仃洋河口东侧.海面风主导东南侧水域的斯托克斯漂移强度,对东北侧水域影响不明显,洪水期径流动力增强会削弱海面风引起的漂移作用;但南、北侧水域表层潮流物质输运强度和方向都与海面风密切相关.基于余流流态结合净潮通量分析显示,夏季澳门水道出口以下水域存在较为稳定的逆时针余环流,初步分析其原因主要是:珠江河口外海侧强劲的东北向沿岸流引起澳门东侧水域形成自东向西的补偿流所致.夏季,该独特的动力结构会截获上游东四口门下泄的部分水沙进...     

风对北部湾入海径流扩散影响的研究

本文根据北部湾红河等入海径流的最新资料,使用FVCOM数值模式计算风场显著不同的1988年和1989年夏季径流扩散特征;使用冬季平均风场计算包括径流在内的冬季北部湾环流。得出如下结论:(1)1988年8月,强的西南风除了在北部湾西岸产生较强的北向沿岸流外,东部涠洲岛附近形成气旋式环流;相应地在北部湾中偏北部有一个弱的反气旋涡,中部出现较大的气旋式环流;(2)1989年8月的西南风非常弱,表层的红河冲淡水主要沿北部湾西岸向南流,来自琼州海峡的余流,在北部湾北部形成范围较大的气旋式环流,与此同时,海湾南部也出现一个较强的气旋式环流;(3)冬季,在冬季偏北风驱动下,北部湾基本是气旋式环流,只有西北部水域出现一个反气旋式环流。     

潮致垂直涡动粘性系数的参数化

在理想地形条件下利用POM设计一套理想数值试验，由Mellor-Yamada湍流闭合方案对潮流所导致的海洋近底层垂向混合作用进行模拟计算，统计分析了不同水深和潮流振幅情况下潮致底混合层厚度和垂直涡动粘性系数的分布，进而对潮流引起的垂直混合作用进行参数化，得到了一个潮致垂直混合涡动粘性系数的拟合公式.将该公式应用于原理想试验中以取代在模式开边界加潮流边界条件的做法，得到了与加潮流边界条件较为一致的计算结果，验证了参数化方案的可行性.将该参数化方案应用于渤海、黄海和东海环流数值模式中，模拟的海洋温度三维结构与实际观测基本吻合.     

东海沿岸潮致上升流的数值模拟

卫星照片显示东海沿岸存在一条狭长的低温水带，这是上升流将外海深层低温海水带到近岸表层所造成的现象。本文从潮汐因素探讨上升流产生的原因。对东海沿岸海域Ｍ２分潮进行三维潮流数值计算，得出的各层水平余流和垂直余流表明，由于潮汐非线性效应和海底地形的影响，能够在中国东海沿岸产生一条狭长的上升流带。