東中國(guó)海物理環(huán)境長(zhǎng)期變化的數(shù)值模擬研究.pdf

1、東中國(guó)海外有大洋信號(hào)從邊界傳入，近岸受岸界影響較大而且有徑流流入，上邊界受大氣、風(fēng)場(chǎng)、太陽(yáng)輻射的作用，不同海域間也存在著物質(zhì)能量的交換。綜合以上因素，并進(jìn)行長(zhǎng)期數(shù)值模擬，能消除結(jié)構(gòu)受時(shí)間、空間的限制，客觀的反映海洋物理過程，從而保證研究的真實(shí)性、連續(xù)性。 本文運(yùn)用ROMS海洋數(shù)值模式，模擬了東中國(guó)海近48年的海洋環(huán)境的變化過程。初始場(chǎng)和邊界強(qiáng)迫來自于SODA數(shù)據(jù)資料，上邊界強(qiáng)迫來自于NCEP再分析資料，邊界強(qiáng)迫同時(shí)考慮了潮汐的作

2、用，長(zhǎng)江、黃河作為近岸海域主要是淡水輸入。 渤海海峽斷面，冬季受風(fēng)應(yīng)力作用較強(qiáng)，水交換為南北出流，中間為補(bǔ)償入流，夏季斜壓效應(yīng)占主，海平面由沿岸向中部?jī)A斜，所以流型為北進(jìn)南出結(jié)構(gòu)。因?yàn)樗芯亢^(qū)水深深淺不一，與海底地形相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程應(yīng)對(duì)斷面流速形態(tài)形成與維持起了至關(guān)重要的約束作用。海峽流量呈余弦曲線結(jié)構(gòu)，冬季在強(qiáng)的風(fēng)應(yīng)力作用下流出渤海，交換量最大值出現(xiàn)在1月為1*104m3/s；夏季斜壓效應(yīng)占主，水量流入渤海，水交換量8月份達(dá)

3、最大，最大值超過1.5*104m3/s；春秋為過度季節(jié)，渤海海峽的水交換較弱，最小為0.1*104m3/s。通過渤海海峽斷面進(jìn)入渤海的凈通量的年際變化與海洋觀測(cè)站鹽度的年際變化趨勢(shì)一致，說明通過渤海海峽斷面的水交換是渤海鹽度年際變化的一個(gè)重要因素。 東海黑潮水與陸架水是兩種不同性質(zhì)的水團(tuán)，以臺(tái)灣島以北到濟(jì)州島的120m等深線為界來從研究黑潮和陸架水的交換和混合特征。水交換在黑潮初始入侵時(shí)比較強(qiáng)，隨著緯度的增加，水交換逐漸減弱，在

4、28N以北海域，更多的陸架水穿過120m等深線進(jìn)入黑潮。季節(jié)變化上，秋、冬季黑潮向陸架入侵流速最大，春、夏季流速減小，因?yàn)槎娟懠芩疁亟档?，而黑潮帶來高溫水體，加強(qiáng)了斜壓流動(dòng)，同時(shí)風(fēng)應(yīng)力所產(chǎn)生的Ekman流也是向陸架方向的，夏季則相反；而陸架水向外海的入侵則相反，春夏季流速較大，而秋冬季小。鹽度交換的季節(jié)分布顯示，冬季在臺(tái)灣島以北600km的區(qū)域內(nèi)，鹽度值較高，顯示了黑潮水向陸架的入侵；而在濟(jì)州島鹽度值最低為33Psu向南逐漸增加。夏季

5、陸架水向外海擴(kuò)展較強(qiáng)，上50M鹽度減小1psu，而下層水體鹽度只減小0.2Psu，高溫低鹽的陸架水主要集中在上層。由與長(zhǎng)江沖淡水夏季最大，濟(jì)州島附近海域低鹽海水分布面積明顯增加。 從能量EOF分解時(shí)間來看，七十年代末的氣候突變，對(duì)動(dòng)能的分布影響最大。動(dòng)能的時(shí)間分布較PDO延遲39個(gè)月，太平洋黑潮異常滯后PDO指數(shù)3年，所以可以認(rèn)為黑潮信號(hào)傳入東中國(guó)海從而使整個(gè)區(qū)域的能量重新分布需要2-3個(gè)月的時(shí)間。勢(shì)能EOF第一模態(tài)時(shí)間系數(shù)較P

6、DO延遲44個(gè)月，從而可以認(rèn)為，正壓勢(shì)能的變化還較強(qiáng)地依賴于東中國(guó)海正壓勢(shì)能的季節(jié)變化。斜壓勢(shì)能主要受風(fēng)應(yīng)力對(duì)正壓勢(shì)能作用顯著，風(fēng)應(yīng)力對(duì)海洋的影響最直接，它驅(qū)動(dòng)海洋上層混合，從而產(chǎn)生密度的重新分布。 高頻時(shí)間輸出能量的季節(jié)變化顯示，長(zhǎng)江口外海始終有一動(dòng)能高值區(qū)。當(dāng)不考慮潮汐作用時(shí)，高能區(qū)消失。因此認(rèn)為高能區(qū)是潮汐作用的結(jié)果。單獨(dú)的潮汐實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，盡管潮能通量是產(chǎn)生動(dòng)能的源項(xiàng)，其分布與動(dòng)能并不完全一致，潮能通量不是長(zhǎng)江口外海產(chǎn)生

7、高動(dòng)能的直接原因。動(dòng)能是水體運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，潮流橢圓是潮流周期性運(yùn)動(dòng)最直接的表現(xiàn)，除了長(zhǎng)江口沿岸海域，動(dòng)能分布和潮流橢圓半焦距等值線分布結(jié)構(gòu)一致，在改變地形效應(yīng)時(shí)，二者變化趨勢(shì)和分布結(jié)構(gòu)一致。水體的局地旋轉(zhuǎn)效應(yīng)是長(zhǎng)江口外海高動(dòng)能產(chǎn)生的直接原因。 Lagrange余流與Euler余流結(jié)構(gòu)相似，最顯著的區(qū)別是穿過整個(gè)黃海中部向南方向上，Euler余流直接沖入東海陸架，而Lagrange余流則受到長(zhǎng)江口外海的向北的余流的抵制作用，二者匯

8、合并轉(zhuǎn)向東流，在濟(jì)州島西部分成兩支，一支向北，同南下的流形成封閉性流環(huán)，一支則轉(zhuǎn)向東南偏南穿過長(zhǎng)江口外海達(dá)到東海里。Lagrange余流的產(chǎn)生是由于潮流沿著岬角流動(dòng)時(shí)，水質(zhì)點(diǎn)受到強(qiáng)的離心力作用流線有一個(gè)大的曲率。離心力強(qiáng)迫水體向外流動(dòng)，岬角附近海面下降，水體流向岬角形成兩個(gè)不同旋轉(zhuǎn)意義上的兩個(gè)流環(huán)。長(zhǎng)江口外側(cè)的舌狀淺灘可減弱來自深水區(qū)的潮流，使得往復(fù)流速在不同位相上不同的，潮周期平均必然產(chǎn)生水體微團(tuán)的凈位移，因此Lagrange余流更能