长江口、杭州湾及其邻近海域的拉格朗日环流的数值模拟研究

发布时间：2020-11-18 23:37

　　 长江口杭州湾作为典型的河口-近岸海洋系统,其物质输运过程及伴随的海洋环境问题一直是我国海洋科学研究的重点之一。本文正是基于拉格朗日(Lagrange)时均观点及对流弱非线性长期物质输运理论对该海域的Lagrange环流进行分阶模拟,不仅获得对长江口、杭州湾及其邻近海域的长期环流场的更全面的认识,而且对于Lagrange时均理论的发展也具有一定的推动作用。 本文将东中国海Lagrange环流动力学模型引进到长江口、杭州湾及其邻近海域,提出相应的数值方案,综合考虑风、径流、天文潮(M2、S2、K1、O1)、密度场以及东中国海背景环流的作用,数值模拟本区域的Lagrange环流。其中,计算潮致体力采用三维非线性天文潮波数值模型,求解分潮波模型及Lagrange环流模型采用“流速分解法”,斜压梯度力的计算采用σ坐标流体静力一致条件下保证收敛的差分格式。 基于三维非线性潮波模型数值模拟了M2、S2、K1、O1四大分潮,较好的反应了区域内潮汐潮波的特征,为Lagrange环流的模拟奠定了较好的基础。基于Lagrange环流分阶模型,数值模拟了区域内冬季和夏季的季平均Lagrange零阶和一阶环流,模拟结果显示: 零阶环流主要受东中国海背景环流影响,台湾暖流在夏季可直达长江口外,随即向东偏转,流入东海,斜压效应有加大这一趋势的作用,台湾暖流终年表现出东、北分支的结构,且具有季节变化,零阶环流对杭州湾余流的贡献甚小;风生流在近岸十分显著,是控制近岸环流的主要流系,在冬季和夏季分别形成了南下和北上的风生流,风生流具有冬强夏弱的特点,并且在冬季具有削弱表层台湾暖流的趋势;潮致余流在近岸区较为显著,在东海陆架区较弱。并且在长江口以北有一封闭的顺时针涡旋,在浙江沿海30m等深线存在向南流动的余流形态;零阶环流的非线性耦合作用产生的环流主要体现在台湾暖流向东偏转的东分支。 杭州湾独特的地理特征,外宽内窄的喇叭型海湾使潮汐的作用大大增强,控制杭州湾的正压环流主要是风生流和潮致余流的共同作用。其中潮致余流受一大的逆时针涡旋控制,为北进南出的基本形态,并伴有诸多涡旋,在湾顶不利于物质的向外扩散,具有阻碍湾顶物质向湾外输运的作用,由于夏冬主风向不同,冬季风生流有加强这一阻碍的作用,夏季风生流则削弱这种阻碍并使杭州湾整体环流物质输送趋势表现为向湾外的输运。长江径流进入杭州湾在金山附近即向南偏转从湾南部流出杭州湾,冬季虽然长江径流减弱,但是冬季在偏北大风的影响作用下,有加剧这一现象的趋势。这均有利于金山盐舌锋的形成。
【学位单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：P731.2
【部分图文】：

研究区域及地形Fig1-1:TheComputationDomainandBathymetry

图 1-2 东中国海冬夏环流结构（Ichikawa et al，2002）黑潮从台湾东部向北进入东海，陆架由狭窄变得宽广，导致黑潮长期地在台湾北部大尺度入侵陆架。入侵有明显的季节特征，冬季从表到次表层皆入侵，而夏季发生在次表层。 黑潮的小尺度陆架入侵以锋面涡动形式出现在下游 26oN以北。台湾暖流大致在 50－100m 等深线之间，全年向北流动。台湾暖流总的趋势

同时选取本区域 10 个验潮站资料进行对比，与观测结果符合良好，详见表 3-1，他们之间的差异，一方面是由于网格点与观测点的吻合及与岸线的拟合仍然是比较差的，另一方面主要是由于个别地区，主要是杭州湾北部及湾口外部由于地形梯度大、岛屿众多等原因，本文网格无法体现这些信息的变化；另外还与开边界调和常数的选取有关，尤其是在这样一个三面均是开边界的海区，开边界的选取对于潮汐的模拟是比较敏感的。从 M2分潮零时刻（图 3-5）和 T/4 时刻（图 3-6）的潮流场看，潮流在近岸浅水区流速明显大于深水区，这是符合实际流场的。此外几个强潮区分布在杭州湾、长江口以北辐射沙洲区，其中杭州湾最大潮流速可达 250cm/s，浙北、浙南近海潮流强度要大于浙中近海，东南部深水区潮流非常小。由于受网格精度的限制，无法在湾口拟合与实际地形较符合的众多岛屿水道，因而这里也无法看出东海潮波如何经过湾口各个狭长的水道进入湾内。杭州湾、长江口流速最大，杭州湾内流速自湾口向湾内呈增加趋势，并且南岸大于北岸。
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本文编号：2889372