潮汐海域浮力沿岸流的维持机制与输运效应 ——以浙闽海域为例

论文摘要

河流是全球物质循环中的关键环节,维持了全球的水量收支平衡,并将从广阔流域内汇集的巨量陆源物质输入海洋。径流入海后,因其与近海水体显著的密度与动量差异,会形成河流冲淡水。冲淡水是河流在海洋中的延续,它携带了河流输入的大量淡水、陆源物质和能量,在近海海域中输运与扩散,深刻影响着近海乃至大洋的环流系统、生物地球化学循环和地貌沉积体系。理论研究将冲淡水总结为2种结构:表层平流型冲淡水和底部捕获型冲淡水。底部捕获型冲淡水在自然界广泛存在,这类冲淡水及其驱动的浮力沿岸流深刻影响着全球近海环境。但在实际冲淡水研究中常常发现与理论研究结果不甚相符的现象,究其原因往往是理论研究中缺少对潮汐作用的考虑。全球有很多冲淡水系统处于强潮环境之中,潮动力对其动力结构与输运过程都存在显著影响,长江冲淡水是其中的典型案例。本文以长江冲淡水和浙闽沿岸流为例,对潮汐海域浮力沿岸流的维持机制和及其对悬浮泥沙的输运效应进行讨论。基于实测资料和数值模式结果,本文发现浙闽海域冲淡水的扩展规模存在显著的季节性差异,长江径流和海表风场是控制浙闽海域冲淡水季节性变化的主要动力因子。前者的作用在于控制长江冲淡水的整体规模,而后者则影响了长江冲淡水的扩展态势。虽然表层冲淡水扩展形态的季节性差异显著,但是冲淡水底部锋面始终维持在20m至40m等深线之间,说明浙闽海域冲淡水常年处于底部捕获形态。浙闽沿岸流也常年存在,其主轴位于浙闽海域冲淡水底部锋面之上,是表层强化的斜压流,斜压地转平衡维持了浙闽沿岸流的动量平衡。数值试验结果定量分析了风生流和浙闽海域冲淡水驱动的浮力沿岸流对浙闽沿岸流的贡献,发现风生流对浙闽沿岸流的直接贡献仅为23%,说明冲淡水的斜压作用是浙闽沿岸流的最直接驱动机制。但是风场通过调整长江冲淡水的扩展形态,影响浙闽海域冲淡水锋面的强度,继而间接地对浙闽沿岸流的规模进行调控,使浙闽沿岸流呈现秋冬强春夏弱的季节特征。前人的研究发现浙闽海域在夏季也可以观测到逆风南下的沿岸流。通过一系列数值试验,本文发现潮汐混合是维持夏季浙闽沿岸流的动力机制。夏季偏南风条件下,浙闽海域冲淡水离岸扩展增强了水体的垂向层化,潮汐混合在冲淡水提供的层化条件下维持了冲淡水锋面的底部捕获形态。潮致冲淡水锋面驱动了南下的浮力沿岸流,而浮力沿岸流将冲淡水从长江冲淡水核心区源源不断地向浙闽海域输运,进而继续维持当地的垂向层化。大小潮期间的潮汐混合差异通过调整底边界层高度影响冲淡水底部锋面处的离岸Ekman输运,进而推动冲淡水锋面的跨陆架移动。因此在大潮期,冲淡水捕获深度更深,其锋面斜压作用更强,进而可以驱动更强的浮力沿岸流。在这一机制作用下,夏季浙闽沿岸流在大潮期最为明显。浙闽海域的沿岸泥沙输运也存在显著的季节性差异,冬季强动力条件下,沿岸泥沙输运到达峰值,其中浮力沿岸流的贡献超过了50%。潮动力对浙闽海域沿岸泥沙输运也存在显著的调控作用,大潮期强混合环境下,大量泥沙起悬进入上层沿岸流主体,而底边界层增厚使上层水体的南向动量得以通过动量混合进入下层高悬沙浓度水体,两者的联合作用导致大潮期沿岸泥沙输运显著增加。在春夏季偏南风条件下,大潮期大量起悬的泥沙与潮汐混合维持的南向浮力沿岸流共同维持了南向的沿岸泥沙输运。

论文目录

摘要

Abstract

符号说明

第一章绪论

1.1 研究意义

1.2 研究进展及现状

1.2.1 河流冲淡水和浮力沿岸流

1.2.2 长江冲淡水的时空扩展规律及动力机制

1.2.3 浙闽海域水体运动与泥沙输运研究

1.3 待解决问题

1.4 本文的工作

第二章研究区域与研究方法

2.1 研究区域

2.2 相位平均法

2.3 锋面提取方法

2.4 经验正交函数分解（EOF）

2.5 数值模式介绍

2.5.1 水动力控制方程组

2.5.2 初始条件

2.5.3 边界条件

2.5.4 数值求解

2.5.5 海气热通量模块

2.5.6 悬沙输运模块

2.6 数值模式计算区域及模式设置

2.7 本章小结

第三章实测资料分析与模式验证

3.1 实测资料分析

3.1.1 温盐剖面

3.1.2 流速剖面与沿岸流通量

3.2 模式验证

3.2.1 误差分析方法

3.2.2 水位验证

3.2.3 温盐场验证

3.2.3.1 温盐平面场验证

3.2.3.2 温盐剖面验证

3.2.4 流场验证

3.2.4.1 表层流场验证

3.2.4.2 流场剖面验证

3.3 本章小结

第四章浙闽海域冲淡水和沿岸流的动力特征

4.1 浙闽海域冲淡水底部锋面的季节特征

4.2 浙闽海域冲淡水和沿岸流的剖面结构

4.2.1 盐度与流场剖面结构

4.2.2 动量分析

4.3 浙闽海域冲淡水的时空变化特征

4.4 本章小结

第五章浙闽沿岸流的驱动与维持机制

5.1 浙闽海域沿岸流的驱动机制

5.1.1 浙闽海域冲淡水对长江径流的响应

5.1.2 浙闽海域冲淡水对风场的响应

5.1.3 浙闽沿岸流的驱动机制

5.2 夏季浙闽海域冲淡水和沿岸流的维持机制

5.2.1 风场与浮力作用的量化对比

5.2.2 浙闽海域冲淡水锋面的维持机制

5.2.3 浙闽海域冲淡水锋面对潮动力的响应

5.2.4 夏季浙闽沿岸流的潮汐混合维持机制

5.3 本章小结

第六章浙闽海域冲淡水和沿岸流的泥沙输运效应

6.1 实测数据分析

6.2 悬沙输运模块验证

6.3 浙闽海域悬沙浓度季节分布规律

6.3.1 平面分布

6.3.2 剖面分布

6.4 浙闽海域冲淡水和沿岸流对泥沙的输运效应

6.5 本章小结

第七章结论与展望

7.1 本文主要结论

7.2 本文创新点

7.3 不足与展望

参考文献

作者简历及在学期间科研成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吴天宁

导师: 吴辉

关键词: 河流冲淡水,浮力沿岸流,潮汐作用,动力机制,输运效应,浙闽海域

来源: 华东师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 华东师范大学

基金: 国家自然科学基金项目“近岸长江冲淡水跨陆架运动的机理及生态效应”(41776101),华东师范大学河口海岸学国家重点实验室自主重点项目(2015KYYW04)

分类号: P731.2

总页数: 148

文件大小: 13386K

下载量: 91

潮汐海域浮力沿岸流的维持机制与输运效应 ——以浙闽海域为例

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢