北部灣環(huán)流季節(jié)變化的數(shù)值模擬與動(dòng)力機(jī)制分析.pdf

1、北部灣位于南海西北部,是一個(gè)三面靠陸、南面毗鄰南海的半封閉海灣,為我國(guó)大西南地區(qū)的主要出?？?其經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略地位顯要。海洋環(huán)流因其在物質(zhì)和能量輸運(yùn)中的重要作用,對(duì)國(guó)防、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等方面都有著重要的影響,是海洋學(xué)研究的核心問(wèn)題。目前北部灣環(huán)流的觀測(cè)資料還比較少,對(duì)北部灣環(huán)流結(jié)構(gòu)及其動(dòng)力機(jī)制還存在著比較大的爭(zhēng)議。本文基于浪-潮-流耦合機(jī)制,采用高分辨率網(wǎng)格,包含較完整的物理過(guò)程,研究北部灣三維環(huán)流結(jié)構(gòu)的季節(jié)變化及其動(dòng)力機(jī)制。
　　1.基

2、于普林斯頓海洋模式(Princeton Ocean Model,POM),考慮K1、O1、M2、S2四個(gè)主要分潮,建立高分辨率的北部灣三維潮波模型,模擬了北部灣的潮汐和潮流。結(jié)果表明,北部灣是典型的全日潮海區(qū)。K1分潮在越南順化岸邊存在一個(gè)無(wú)潮點(diǎn),形成左旋潮波系統(tǒng),由無(wú)潮點(diǎn)開(kāi)始,振幅向?yàn)硟?nèi)遞增,在灣頂達(dá)90 cm以上;O1分潮與K1分潮類似,無(wú)潮點(diǎn)偏向順化近岸;M2分潮在越南海防偏北方向有一個(gè)退化的無(wú)潮點(diǎn),灣內(nèi)最大振幅約70 cm;S2

3、分潮振幅很弱,最大振幅不超過(guò)10 cm。灣內(nèi)潮流在絕大部分海域呈典型的往復(fù)流特征,K1、O1分潮流較大,S2分潮潮流最小;潮余流總體上呈雙環(huán)結(jié)構(gòu),南、北各一個(gè)逆時(shí)針環(huán)流。瓊州海峽的潮余流最大,方向由東向西,海南島西側(cè)潮余流次之,方向往北。
　　2.以國(guó)家海洋局第一海洋研究所發(fā)展的MASNUM(Laboratory of MArine Science and NUmerical Modeling)海浪-潮流-環(huán)流耦合模式為基礎(chǔ),建立

4、北部灣高分辨率海洋環(huán)流模式,模擬了北部灣四季的海洋環(huán)流結(jié)構(gòu),討論北部灣環(huán)流的動(dòng)力機(jī)制。冬季環(huán)流整體被一個(gè)大的不閉合逆時(shí)針環(huán)流控制,灣內(nèi)嵌套兩個(gè)小環(huán)流:白龍尾島東側(cè)的順時(shí)針環(huán)流和越南榮市東側(cè)的逆時(shí)針環(huán)流。不同于以往研究,本文發(fā)現(xiàn)從灣南口進(jìn)入北部灣的海流只能到達(dá)18.5oN附近,從瓊州海峽進(jìn)入北部灣的強(qiáng)流產(chǎn)生了一支沿海南島西北岸南下的海流。春季環(huán)流整體上仍然為逆時(shí)針?lè)较?。灣?nèi)嵌套多個(gè)小環(huán)流結(jié)構(gòu),主要有灣北部白龍尾島東側(cè)的逆時(shí)針環(huán)流,以及灣南

5、部的逆時(shí)針環(huán)流;夏季環(huán)流主要表現(xiàn)為兩個(gè)逆時(shí)針渦旋:一個(gè)由越南紅河口以南的南向流與北部灣海槽北上流構(gòu)成,另一個(gè)是圍繞(19.5oN,108.2oE)的北部灣冷水團(tuán)環(huán)流。越南紅河口以南存在逆風(fēng)南向海流,其成因是鹽度鋒面產(chǎn)生斜壓流。秋季環(huán)流大致上呈一個(gè)大的不閉合逆時(shí)針環(huán)流和一個(gè)流套的結(jié)構(gòu)。瓊州海峽西向海流進(jìn)入北部灣后沿越南沿岸逆時(shí)針運(yùn)行;海南島東側(cè)南下流從灣南口進(jìn)入北部灣,沿海脊等深線北上,到達(dá)越南沿岸后以逆時(shí)針?lè)较蛄鞒霰辈繛?形成北部灣流套

6、。在動(dòng)力機(jī)制方面,不同季節(jié)各因子的影響程度差別較大?？傮w而言,潮致環(huán)流占主導(dǎo)地位,春季和夏季密度流占第二位,風(fēng)的作用最弱;而秋季和冬季,風(fēng)的作用居第二位。
　　3.模擬北部灣中北部冷水團(tuán),討論其形成變異規(guī)律和熱力-動(dòng)力機(jī)制。冷水團(tuán)形成于每年的3月份,4-5月份為成長(zhǎng)期,6-8月為強(qiáng)盛期,9-11月進(jìn)入消衰階段。北部灣冷水團(tuán)是局地形成的,海表面熱力強(qiáng)迫是北部灣冷水團(tuán)形成和發(fā)展的控制因素,地形和潮混合對(duì)北部灣冷水團(tuán)有重要影響。

7、　　4.分析瓊州海峽海流的季節(jié)變化和瓊州海峽對(duì)北部灣環(huán)流結(jié)構(gòu)的影響。瓊州海峽海流一年中絕大部份時(shí)間由東往西,在夏季西南風(fēng)較強(qiáng)時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)流現(xiàn)象。往西的潮致余流是海流大部份時(shí)間向西的主要原因,風(fēng)場(chǎng)對(duì)海峽流量大小和流向改變起關(guān)鍵作用。海峽對(duì)雷州半島西側(cè)、海南島北岸、廣西沿岸的流速有重要影響(特別是在冬季和夏季),而對(duì)19oN以南海域影響較小。
　　5.模擬夏季位于海南島西側(cè)的上升流系統(tǒng),并分析其形成機(jī)制。無(wú)風(fēng)和無(wú)潮的敏感性實(shí)驗(yàn)表明,潮混合

8、引起鋒面是夏季海南島西側(cè)上升流形成的主要原因。通過(guò)數(shù)值模式的計(jì)算結(jié)果,定性地分析了上升流的強(qiáng)弱與季節(jié)變化,總的來(lái)說(shuō),上升流在春季形成,夏季達(dá)到最強(qiáng),秋季逐漸減弱,冬季消失。
　　6.模擬了冬季鶯歌海附近的暖池?；谀Ｊ浇Y(jié)果和衛(wèi)星 SST數(shù)據(jù),分析了暖池的生消規(guī)律。暖池形成于10月份,11月份達(dá)到強(qiáng)盛,12月份開(kāi)始消退,翌年1月份消失。通過(guò)敏感性實(shí)驗(yàn)和動(dòng)力過(guò)程分析,認(rèn)為冬季南海暖水入侵是海南島西南側(cè)的暖池形成的主要機(jī)制,鶯歌海附近的