渤海三维温盐流的数值模拟研究

摘要

本文通过无结构网格三维有限体积海洋模式—FVCOM，基于最新的地形和岸线资料，考虑黄河径流，对渤海的潮汐潮流、温度、盐度及环流结构进行了高分辨率的数值模拟，并通过设计数值实验，深入探讨了夏季渤海中部不对称双中心冷水的形成机制。
　　本文首先对渤海的潮汐、潮流进行了高分辨率模拟，分析了潮汐、潮流及潮致余流的主要特征；模拟结果显示：渤海的潮汐和潮流是以半日分潮和半日分潮流为主的混合型。整个渤海强潮流区主要有四个,弱潮流区有五个。拉格朗日余流与欧拉余流的差别不大，流速普遍较弱，一般小于5cm/s。
　　基于高时空分辨率的NCEP-CFSR数据集资料，考虑潮汐、风、太阳短波辐射的作用，本文成功模拟了渤海全年的三维温盐结构。模拟结果显示：冬季渤海表层海温总体上呈现西低东高、南北低中部高的分布特征，中部海域等温线分布呈“马鞍状”，表底海温均匀一致；春季渤海表层海温的分布特征由所在位置(纬度、太阳辐射强度)及水深的联合作用决定。夏季渤海温跃层以下的海温分布表现为近岸和中部高、其间夹有一近似环形的低温水带的特征。首次发现，渤中浅滩北侧洼地附近存在大略呈西南-东北向分布的椭圆状冷水带，及伴生的椭圆状逆时针大流环。在刻画渤中断面“非对称的双中心冷水”结构的基础上，首次发现浅滩北侧洼地处低温中心位于渤中浅滩至洼地的斜坡上。秋季渤海温跃层强度已经很弱，表层与中层的温差不大，夏季时存在于渤海中部的高温中心已经消失。
　　分析渤海冬夏季的环流分布特征发现：渤海中部常年存在一个顺时针的环流，但强度和影响范围存在季节变化，其主要分量在冬季是风生环流，在夏季是密度流，春秋两季则是潮致余流；渤海海峡断面的流场结构常年为北进南出。各环流分量在总环流中所占的比重，冬季从大到小依次为风生环流、潮致余流和密度余流；夏季依次为密度余流、风生环流和潮致余流。
　　通过设计三个数值实验，本文对渤海夏季“非对称双中心冷水的形成机制进行了初步探讨，结果表明：潮流所诱发的湍流混合作用是导致夏季渤中断面上存在“非对称双中心冷水”现象的决定因素；在渤海，潮流与风生环流及密度环流之间存在着复杂的非线性作用，而此非线性相互作用是促成夏季渤海环流结构的重要因素，因此在模拟与讨论渤海温盐流的分布特征时，潮汐潮流的作用不容忽视。夏季渤中浅滩两侧洼地中存在的低温水主要是冬季冷水的残留，与北黄海入侵冷水的关系不大。北黄海的入侵冷水会降低海峡北部及渤中浅滩东侧、南侧和西侧海区的海温，却会升高浅滩北侧洼地处的海温。而且此入侵冷水并不是塑造渤海夏季环流结构的本质因素，只是在特定海区起着增强或减弱局地流速的作用。渤中浅滩两侧洼地“北深南浅”的地形分布特征是造成夏季渤海浅滩北侧洼地海温低于南侧洼地的主要原因。

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0前言

1 渤海概况、研究现状及待解决的问题

1.1 渤海概况

1.2 渤海水文概况，研究现状及待解决的问题

1.3 本文主要工作

2 FVCOM数值模式简介及在渤海中应用配置

2.1 FVCOM模式简介

2.2 FVCOM模式在渤海中应用配置

2.3渤海潮汐潮流模式结果分析

2.4本章小结

3 渤海温盐分布特征研究

3.1 渤海冬季温度分布特征

3.2 渤海春季温度分布特征

3.3渤海夏季温度分布特征

3.4 渤海秋季温度分布特征

3.5 渤海盐度分布特征

3.6 本章小结

4 渤海环流分布特征研究

4.1 渤海冬季环流分布特征

4.2 渤海夏季环流分布特征

4.3本章小结

5 渤海夏季不对称双中心冷水的形成机制研究

5.1 数值试验的方案设计

5.2 数值实验的结果及分析

5.3 本章小结

6 总结及展望

6.1 总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

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