垂向一维悬浮物浓度模式

在只考虑悬浮物的垂向输运过程和海底处的沉降与再悬浮过程的前提下,建立了一个一维的垂向粒子追踪模式,并用该模式模拟了2000年黄河口海域的一组资料,得到了与实测较为符合的结果。同时,对该模式中涉及的参数值进行了调整,进而据此探讨了参数值的变化对垂向悬浮物输运的影响规律,故该模式可为三维悬浮物输运模式中参数值的选取提供依据。     

渤海悬浮颗粒物三维输运模式的研究 Ⅱ.模拟结果

利用本文Ⅰ给出的悬浮物输运的三维动力数值模式，在渤海中进行了两种情形下的模拟。首先模拟了黄河排出的细颗粒物在渤海中的运动，结果表明，这些颗粒物大部分将滞留在渤海内，而且其分布与气象条件有密切关系。另外对大风情况下悬浮物的输运进行了模拟，结果显示，大风到来时海水中的悬浮物浓度急剧上升，海底侵蚀增强，而风停止时，悬浮物浓度经过一段时间延迟后，会恢复到正常状态。这与实际观测的趋势是一致的，表明用本模式研究悬浮物的输运是可行的。     

A STUDY ON THE TRANSPORT OF SUSPENDED PARTICULATE MATTER FROM THE YELLOW RIVER BY USING A 3D PARTICLE MODEL

本文利用一个三维的悬浮颗粒物（ＳＰＭ）输运模型，对黄河输出的悬浮颗粒物的分布进行了计算。这是一个使用粒子追踪方法的模型，利用随机走步法模拟扩散过程。本文模拟的时间是从１９８２年的３月到８月，结果显示悬浮颗粒物的高值区在黄河口附近。从黄河口出来的悬浮物有两支：一支沿渤海湾南岸进行渤海湾，另一支则进入莱州湾并经渤海海峡流出渤海。     

渤﹑黄﹑东海悬浮物质量浓度冬﹑夏季变化的数值模拟

采用HAMSOM三维正压水动力模型结合粒子追踪的悬浮颗粒物输运模型模拟了渤﹑黄﹑东海悬浮物质量浓度冬﹑夏季变化.模拟结果显示,潮流和底质对悬浮物质量浓度的分布有决定性的作用,沉积物再悬浮对悬浮物质量浓度分布影响大,冬季尤为显著.莱州湾中西部和渤海湾南部悬浮物终年维持高质量浓度,古黄河口冬季再悬浮物的质量浓度高于其它季节的.长江口附近悬浮物终年维持高质量浓度,夏季长江口东北悬浮物的质量浓度高于冬季的,浙江沿岸冬季悬浮物的质量浓度高于夏季的.     

渤、黄、东海悬浮物质量浓度冬、夏季变化的数值模拟

采用HAMSOM三维正压水动力模型结合粒子追踪的悬浮颗粒物输运模型模拟了渤、黄、东海悬浮物质量浓度冬、夏季变化。模拟结果显示,潮流和底质对悬浮物质量浓度的分布有决定性的作用,沉积物再悬浮对悬浮物质量浓度分布影响大,冬季尤为显著。莱州湾中西部和渤海湾南部悬浮物终年维持高质量浓度,古黄河口冬季再悬浮物的质量浓度高于其它季节的。长江口附近悬浮物终年维持高质量浓度,夏季长江口东北悬浮物的质量浓度高于冬季的,浙江沿岸冬季悬浮物的质量浓度高于夏季的。     

渤、黄、东海海流和潮汐共同作用下的悬浮物输运、沉积及其季节变化

渤、黄、东海是一个水动力状况相当复杂的半封闭宽陆架海，本海区悬浮颗粒物含量高，季节变化明显，影响范围广，是世界上悬浮物含量最高的海域之一。对于该海域悬浮物的输运沉积过程、分布规律以及底质分布等中外学者均进行过比较深入的研究(秦蕴珊，1963； Honjo et al.，1974；Milliman et al.，1985，1986；秦蕴珊等，1987，1989；杨作升等，1992；Li et al.，1997；孙效功等，2000；雷坤等，2001)。然而，以往的研究大都基于实际海洋调查资料，由于受实测资料在时间和空间覆盖范围上的限制，很难从整体上把握渤、黄、东海陆架区悬浮物输运的时间和空间变化规律。数值模拟的方法能很好地克服上述局限，已有学者从不同角度对渤、黄、东海的某些海域的悬浮物进行了模拟研究。 董礼先等(1989)首先模拟了在二维潮流场作用下，黄、渤海推移质和悬移质的输运状况，得出潮流作用下海底的冲淤状况。Graber等(1989)利用有限水深的风浪模型、模拟了风浪对悬浮物输运、沉积的作用。Yanagi等(1995)用拉格朗日粒子追踪方法对整个东中国海冬季悬浮物的输运、沉积过程进行了计算。江文胜等(2000，2001)考虑了风等气象要素、外海传入的潮波的作用、悬浮物的沉降及再悬浮机制，对渤海中悬浮物的浓度进行了数值模拟。 海洋环流、潮汐、潮流和波浪均对悬浮物的输运与沉积产生影响，尤其在中陆架和外陆架地区，环流对悬浮物的长期输运起决定性作用，因此以往仅针对潮流、风浪作用的模拟很不完整，其结果与实际情况的差别也会较大。其次，海水的流动处在不断变化之中，小到日变化、月变化，大到季节变化、年际变化，因此定常风场、定常温盐场的环流模拟，即诊断流场并不符合实际情形。本文将首先对渤、黄、东海月平均风场、温盐场作用下的环流场进行模拟，进而探讨环流以及潮汐、潮流共同作用下的悬浮物输运过程及其季节变化规律。     

波浪-海流-微地形耦合的沉积动力模式建立及应用

沙纹微地形普遍存在于海底,沙纹的消长能改变底部应力进而影响泥沙的运移。以往研究较多侧重于波致沙纹,并已应用于波浪模式的底摩擦计算,而较少考虑波流联合效应产生的沙纹,也未将其应用于综合的水动力模式和沉积物输运模式。本文在POM水动力模式中嵌入新南威尔士大学泥沙模式,通过耦合波流共同作用的微地形模型与波流相互作用底边界层模型,发展了波浪-海流-微地形（沙纹）耦合的沉积动力模式。本文将该模式应用于澳大利亚Jervis湾,针对波主导和波流联合主导沙纹两种类型,分别进行了沙纹发展状态、几何形态的分布及悬浮泥沙的模拟。结果表明:波致沙纹比波流联合作用的沙波具有更大的波高和波长,因此当波主导时沙纹对悬浮泥沙起着关键作用。通过考虑随沙纹变化的粗糙度,相比于以往模式设置均一的粗糙度,该模型能对悬浮物浓度的骤升过程进行更精细的预测。     

白令海北部悬浮体含量分布及其颗粒组分特征

对中国第四次北极科学考察期间在白令海北部获取的海水样品进行悬浮体含量及其颗粒组分特征的分析。结果表明,白令海陆架海区悬浮体含量大体呈现出表层浓度低而底层浓度高的特点。表层海水悬浮体含量在白令海峡西侧和陆架东侧靠近阿拉斯加沿岸含量较高,而底层海水中悬浮体含量则在白令海峡西侧,以及白令海陆架西南部的圣马修岛西北侧较高。陆架流系对底床物质的再悬浮作用致使白令海悬浮颗粒物浓度的高值区多位于近底层海水中。受白令陆坡流沿陆架坡折带输运作用,研究区西南部悬浮体浓度较高。白令海陆架水以及阿纳德尔流携带悬浮颗粒向北输运,使得底层悬浮体浓度呈现出自南向北逐渐减弱的模式。圣劳仑斯岛以北靠近楚科奇半岛一侧海域,受高营养盐的阿纳德尔流的影响,悬浮颗粒物以藻类为主;东侧阿拉斯加沿岸流区悬浮颗粒则以陆源的碎屑矿物为主。     

2013年夏秋季黄、渤海悬浮颗粒物及粒径分布特征研究

悬浮颗粒物及粒径是水质重要参数,其分布特征研究有助于加深对海洋生态环境的了解。利用2013年6月和2013年11月LISST-100观测数据,研究了黄、渤海区域悬浮物粒径和浓度的分布情况,浓度分布整体上呈现近岸高远岸低的状况,粒径分布呈现近岸细远岸粗的特征,季节分布特征明显;通过典型断面分析,悬浮物粒径和浓度随着水深变化明显,连续站数据分析结果表明大风对底层颗粒物的再悬浮作用显著,潮流对悬浮物的时空分布有着重要影响;水体衰减系数随着体积浓度变化明显;此外,还研究了悬浮颗粒物粒径Junge分布在黄、渤海区域的适用性。     

近海系统化生态-沉积-环境动力学数值模式—理论基础

基于中国近海生态环境、泥沙沉积、生态养殖等方面的研究和评价需要,本研究拟发展一套海洋生态-沉积-环境动力学耦合模式,包括生态、沉积物输运、精细化水质、养殖、物质扩散及粒子追踪和评估评价六个模块,其通过相互之间耦合,协同构成一个功能全面的系统模式。模式特别考虑沉积和养殖对水动力的作用、沉积物的光效应、有机颗粒物在海底的沉积和再悬浮等问题或过程。作为系统模式研究的先行工作,本文阐述了模式的理论基础,包括构建模型系统的概念框架,模式中典型的物理、生物、化学、沉积过程的理论介绍及其主要参数化表达方式,并给出了已有模块包括耦合模块的模拟结果。     

波浪、潮流和风暴潮耦合模式及悬沙输移规律的研究

近年来，由于河口、海岸地区的泥沙运动与港口、航道以及海岸的冲淤有着直接的关系，对一些海岸建筑物比如防波堤、护岸工程等造成一定的威胁，甚至于使其完全丧失使用价值，造成巨大的损失。为此人们越来越重视对这一问题的研究。本文为估计岸滩的冲淤变化和了解岸滩的演变规律，对影响泥沙运动的海洋动力要素进行了研究。 为研究悬沙的输移规律，建立了一个由两部分组成的二维悬沙模型系统：①水动力模式。建立了一个综合多因素的二维波浪、潮汐和风暴潮耦合模式，以此来研究波、潮、风暴潮间的相互作用，并为泥沙计算提供流速场。②二维悬沙模式。运用得出的流场来研究悬沙的输移扩散规律。其中所采用的波浪模式是将流对波浪场的影响同时加以考虑的耦合数学模型，将流速加入波能方程，并考虑由于水面的升降而产生的不定常水深对波浪场的影响，再将波浪场对流场的影响通过辐射应力、考虑波浪影响的底应力以及依赖波龄的表面风应力耦合到流场中，从而建立了一个综合多种因素的波浪、潮汐、风暴潮联合作用下的二维悬沙模型系统。并在此模型系统的基础上，对黄河口泥沙的输移问题作了探讨，为今后的防堤、护岸工程提供依据。     

浪、潮、风暴潮联合作用下的底应力效应

运用建立的二维非线性浪,潮和风暴耦全模式分析了波流相互作用下的底应力及其对耦合波浪场和流场的影响。由渤海的两次强寒潮过程的数值实验表明,在波流相互作用下,底应力明显增大,增大的底应力对波浪场影响甚微,但将明显改变水位和流速的大小,这种影响在近岸浅水区更加显著。     

赤道海洋波致Lagrange余流的弱非线性动力学模型及其解

基于一个连续层化赤道海洋波动的弱非线性动力学系统,推导并建立了由最低阶Ｌａｇｒａｎｇｅ余流体现的包含波致、风生等效应在内的热带海洋余环流基本方程组,经分析发现,零阶赤道以动自身的非线性耦合可产生一阶余流,其量级对于热带上层海洋准定常环流而言是不可忽略的。波致环流的产生紧缩联系于Ｌａｇｒａｎｇｅ轨迹运动与波流的非线性耦合效应,所导出的最低阶赤道波致Ｌａｇｒａｎｇｅ余 一般解具有与零阶波动不同的垂直与     

黄、东海陆架区悬浮体输运的时空变化规律

利用ＮＯＡＡ卫星１９９５年１月－１９９７年２月的海洋遥感资料系统的分析和研究了黄、东海陆架区悬浮体向深海输运的时间和空间变化规律,并对其动力机制进行了分析和探讨,研究结果表明,黄、东海悬浮体在１１－３月份向外海输运阶段,５－９月份则同近海为内储阶段,４月份为输变退的月份,１０月份则是退变输的月份,其中３月份黄、东海悬浮体向东海深海输运得最远,９月份则向岸退得最远;黄、东海表面悬浮体向东海的输运范围一般皆位于１００ｍ等深线以内,并很难越过黑潮水系,而输向深海的悬浮体又大都在黄海暖流的作用下回输黄海,其大部输向韩国西南海域。     

一个新的破碎波统计模式

由运动方程和涡度方程所导得的两个首次积分估计给出了海波破碎的发生条件和破碎波的波面限制。由这两个条件所构造的新的破碎波统计模式，可导出海波的破碎面积率、破碎体积率和破碎能量损耗率的解析表达式，加之一个简单的白冠物理模型又导出了一个新的白冠覆盖率的解析表达式。     

基于高频地波雷达的多时间尺度海流研究

近海海流受多种动力过程及岸线岛屿的作用呈现空间和时间尺度上的复杂变化,而地波雷达由于其探测面积广、时间分辨率高的特点成为研究这些变化的有效手段。本文利用舟山海域多年高频地波雷达资料,通过潮流调和分析、低通滤波和相关性分析对该海域海流潮周期、极端事件、季节、年际尺度的动力过程进行了解译。研究表明,舟山海域属于正规半日潮,潮流运动形式以顺时针旋转流为主,流速大小在空间上为东北方向较大,往西南方向逐渐减小,并在近岸处得到增强。余流的年际变化并不显著,但存在着明显的季节变化,例如冬季为南向流,流速减小,空间分布上近岸较外海大,而夏季与之反向,为北向流,流速较大,空间分布较为均匀。进一步分析了风与余流之间的相关性,在大风期间,风与余流的速度相关系数在0.48～0.90之间,方向相关系数在0.55～0.68之间。极端事件发生时,速度、方向的相关系数分别高达0.92与0.91。总体而言,通过分析高频地波雷达数据能够较好地反映舟山海域海流的时空特征,为海洋灾害监测和污染物、藻华的输运研究提供依据。     

钱塘江河口细颗粒泥沙絮凝沉降特性研究

钱塘江口河口上游河流和海域来沙多为细颗粒泥沙,粘性细颗粒泥沙由于其特殊的表面电化学性质遇到强电解质海水而产生絮凝沉降,是形成河口淤积的原因之一。影响絮凝的因素很多,除了电解质,还有泥沙粒径的大小、盐度、含沙量、PH值、温度、有机质含量、矿物成分、水流速度及紊动情况等。本文通过粒度分析、静水沉降、动水沉降等各种实验手段分析钱塘江口泥沙的基本特性,找出最佳絮凝盐度以及泥沙不淤流速等值,初步探讨了细颗粒泥沙的絮凝机理,为治理钱塘江口提供科学依据。     

On the effects of wave drift on the dispersion of floating pollutants

The movement of floating pollutants such as oil slicks on the surface of the sea is due to a number different factors, among which wave drift is certainly significant.In principle, it has been known since Stokes' time that a floating particle is subject to the movement caused by the orbital motion of water particles and that an average drift velocity results because the trajectories are not closed. In the past, however, this effect was often either disregarded or simply included with the surface wind induced current. In recent times the difference between the two effects has been conceptually clarified, so that the average wave drift in random one-dimensional seas has been the object of research and the results are now included in most handbooks and models for oil slick forecasting.Due to the chaotic nature of the wave field, however, the drift also causes floating substances to disperse, and this phenomenon is a much more neglected area of research. Recent work by Bovolin et al. [IAHR Congress, 1997] and Sobey and Barker [J. Coast. Res. 13 (1997)] has brought the subject to attention, and computational tools can now be made to quantify the effect and to verify when and how it should be taken into consideration in oil slick accident practise.The work presented in this paper is based on random simulation of the wave induced Eulerian velocity field in a directional sea, by making use of standard offshore wave directional models and on the ensemble averaging of floating particles trajectories in order to compute the spatial dispersion.     

天津港主航道连续观测点潮流和余流特征分析

基于天津港主航道连续观测点31 d的实测海流资料,利用调和分析对主航道潮流和余流特征进行研究,同时结合同步风速资料研究风对表层余流的影响。结果表明:(1)航道附近属于弱流海区,表层平均流速为31.4 cm/s,流速总体上由表至底逐渐减小,流速方向大致集中在NW—SE向。(2)观测海域潮流以正规半日往复潮占主导,优势分潮为M₂,浅水分潮较为显著,涨潮流流速大于落潮流流速。(3)观测期间表层平均余流流速为2.8~13.8 cm/s,随着深度增加余流流速逐渐减小,方向大多为NW向。该站表层余流受风的影响显著,东南风将使余流方向偏向西北。