秦皇岛海域海流的时空特征及影响因素

论文摘要

秦皇岛海域是辽东湾与渤海湾及渤海中部进行能量和物质交换的重要通道,也是我国北方沿海地区重要的旅游区、港口和海产品养殖基地。研究秦皇岛海域的水动力特征及外部环境变化对其的影响,不仅有利于理解该海域在辽东湾乃至渤海环流中所起的作用,也有利于评估养殖区内外水动力差异,为秦皇岛海域的生态环境综合治理提供理论依据和技术支持。本文基于2017年5—8月、2015年8—9月以及2013年9月期间在秦皇岛海域布设的8套海床基连续观测资料,结合同期数值风场数据,运用调和分析和低通滤波等方法对夏秋季秦皇岛海域的海流特征进行研究;深入分析夏秋季余流垂向变化特征;最后通过分析规模化养殖活动、海面风场以及温跃层等环境因素对近岸海域水动力场的影响,确定其响应机制。主要结论如下:夏秋季研究海域余流流速整体较弱,夏季其流速范围介于0.51.9 cm/s之间,秋季研究海域的余流与夏季相比空间差异较大,流速范围为0.22.5 cm/s,且秋季表层和中层整个海域水平流场呈现明显的辐散特征。夏秋季各站余流U、V分量在整个深度上的标准差变化趋势较为一致,呈现表层往下逐渐减小的趋势,且秋季余流随时间的变化程度整体较夏季强。夏季在温跃层附近深度标准差值略微增大,反映了温盐层化现象对余流垂向变化的影响。秋季秦皇岛海域余流与辽东湾东侧海域余流相比较弱,该研究海域底层的北向流与辽东湾东侧海域底层的西南向流有可能共同构成辽东湾内顺时针弱环流系统。夏秋季秦皇岛海域余流垂向分布特征较为复杂,无明显规律性,且夏季余流的斜压性较秋季大,斜压因素对夏季余流的垂向变化占一半以上的贡献。夏季秦皇岛海域余流的时间平均部分包含的垂向变化流强度大于秋季,垂向变化流动能占到总动能的64%,而秋季只有38%;夏季垂向变化流涡动动能占总涡动能的72%,海流时间变化部分的垂向变化较显著,而秋季余流斜压的涡动能只占38%,因此夏季海流时间变化部分的垂向变化也大于秋季。从垂向模态上看,夏季海流第一模态在温跃层上下呈现反向流动的特征,体现夏季流动明显的斜压性,且该海域夏季北部和中部余流的斜压性大于南部。秋季各站余流的垂向变化主要表现为正压性,且位于养殖区内A7和A8两站的海流正压性较养殖区边缘及养殖区外各站强。秦皇岛海域内养殖活动、海面风场以及温跃层等环境因素对水动力场的影响较大。位于养殖区内A7、A8站余流的垂向平均流速比养殖区边缘A6站的垂向平均流速分别减小了76%和18%左右;对于观测海域来说,风应力可能是引起余流变化的很重要的原因,但不是唯一的因素。秋季余流U分量相对于风应力的变化滞后约5 h,夏季风应力变化引起的余流U分量变化滞后风应力约5.8 h,可见秋季余流对风应力变化更为敏感。针对A3站分析了温跃层的存在使得研究海域海流的季节变化特征明显。结果表明,夏季秦皇岛海域余流大于秋季,且夏季K1和M2分潮流的最大流速均大于秋季。位于温跃层附近分潮流最大流速较大,表层次之,底层最小。从余流垂向分布特征上看,夏季A1、A3、A5三站余流流向发生显著变化的层次恰好位于温跃层附近,表明夏季温盐层化结构对余流垂向分布的影响显著。本文利用多套海床基观测仪器获取的夏秋季秦皇岛海域长期连续海流实测资料,分析总结了该海域的海流特征。首次利用多种分析方法,深入研究该海域夏秋季余流垂向变化特征。本文的研究工作虽已取得了一些初步的成果,但今后仍有许多工作待开展。（1）由于养殖区内人为活动较为频繁,因此我们仅于2015年8—9月间开展了为期半月的海流观测,获取的数据还不足以研究整个养殖周期的水动力状况,今后将进一步开展养殖区内外以及养殖前后水动力过程的长期观测,以深入研究大规模养殖活动对海域水动力状况和物质输运能力的影响;（2）未来将开展实测数据分析与数值模拟相结合的方式深入研究外界强迫作用对水动力场的影响。

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ABSTRACT

第一章引言

1.1 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 近岸水动力场对环境变化的响应机制

1.2.2 渤海环流研究的最新进展

1.2.3 海域养殖对水动力场影响

1.3 拟解决的科学问题及研究内容

第二章资料与方法

2.1 研究海域背景

2.1.1 地理位置与范围

2.1.2 气候

2.1.3 水系和水文

2.1.4 海水养殖

2.1.5 海洋生态环境

2.2 数据来源

2.3 分析方法

2.3.1 低通滤波

2.3.2 经验正交函数分解方法

mke和R_eke比值定义法'> 2.3.3 R_mke和R_eke比值定义法

第三章秦皇岛海域海流特征

3.1 余流平面分布特征

3.2 余流随时间变化的程度

3.2.1 夏季标准差

3.2.2 秋季标准差

3.3 与辽东湾东部海域余流比较

3.4 小结

第四章夏秋季余流垂向变化特征

4.1 余流垂向分布特征

4.1.1 2017年夏季

4.1.2 2015年秋季

4.1.3 2013年秋季

4.2 余流垂向变化

4.2.1 2017年夏季

4.2.2 2015年秋季

4.2.3 2013年秋季

4.3 余流垂向模态

4.3.1 2017年夏季

4.3.2 2015年秋季

4.3.3 2013年秋季

4.4 小结

第五章流场分布特征的影响因素

5.1 海域规模化养殖对海流的影响

5.2 海面风场对余流的影响

5.3 温跃层对海流的影响

5.4 小结

第六章结论与展望

6.1 主要结论

6.2 主要创新点

6.3 对今后工作的展望

硕士学位期间发表论文情况

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈玥

导师: 赵骞

关键词: 秦皇岛海域,余流,水动力,风场,低通滤波

来源: 上海海洋大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 上海海洋大学

分类号: P731.21

DOI: 10.27314/d.cnki.gsscu.2019.000029

总页数: 74

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秦皇岛海域海流的时空特征及影响因素

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