长江冲淡水扩展区域低盐水团的数值模拟及动力机制分析

【类型】学位论文

【作者】张文静 

【关键词】 低盐水团 长江冲淡水 动力机制 数值模拟

【学位授予单位】中国海洋大学

【摘要】长江冲淡水的扩展是东中国海重要的水文现象。观测表明,长江冲淡水扩展区域有时存在孤立的低盐水团,该现象改变了传统意义上冲淡水的羽状扩展形态,还改变了东中国海的盐度分布特征。目前对这种低盐水团现象缺乏比较深入的研究。本文分析了常用的σ坐标、z坐标和混合坐标用于长江冲淡水扩展数值计算的优缺点,提出新型σ-z混合坐标,即流场计算采用σ坐标,盐度计算采用σ-z混合坐标,在海水上部是σ坐标,在海水下部是z坐标。该坐标的斜压梯度力计算在盐度计算层进行,盐度计算采用Euler-Lagrange方法实现流场与盐度场的衔接。将新型σ-z混合坐标引入POM模式,建立了POM-σ-z模式。本文利用POM-σ-z模式和POM模式分别建立长江冲淡水扩展数值模式,对1996年9月和2000年8月的冲淡水扩展进行了数值模拟,POM-σ-z模式较好地模拟出了冲淡水扩展特征,对长江口的近口锋、羽状锋和杭州湾盐度锋面的模拟能力明显优于POM模式,单站和垂直断面盐度模拟的验证效果也比POM模式好。目前长江冲淡水扩展数值模拟基本上没有给出实际的低盐水团特征。本文对1975年8月、1977年8月、1980年8月、1983年8月、1986年8月、1991年8月、1996年8月、1997年8月的低盐水团进行了数值模拟。POM-σ-z模式在6个月份模拟出了低盐水团,其中,1977年8月、1983年8月、1986年8月、1997年8月模拟的低盐水团与观测特征基本相符;POM模式在5个月份模拟出了低盐水团,其中,1977年8月、1997年8月模拟的低盐水团与观测特征相似,但是其相似程度不如POM-σ-z模式的模拟结果。本文建立与长江口类似的理想河口数值模型,分析了β效应、斜压效应、地形、径流量、风对冲淡水扩展及低盐水团的影响,结果表明风场变化模拟的低盐水团与观测的低盐水团尺度相当,可能是实际低盐水团产生的重要机制。本文利用POM-σ-z模式的数值模拟结果,分析了1977年8月、1983年8月、1986年8月、1997年8月低盐水团的形成和演变特征,并将它们归纳了风生低盐水团、潮致低盐水团、风生和潮致共同作用低盐水团等三种类型。本文对1977年8月、1983年8月、1986年8月、1997年8月实际低盐水团的动力机制进行了分析。风场几乎对每个低盐水团都有重要影响:它是风生低盐水团、风生和潮致共同作用低盐水团的形成和维持的主要动力机制;潮致低盐水团的形成和维持一般也需要适当的风场条件(有利于冲淡水向东或东北扩展的风场)。天文潮对低盐水团的影响机制比较复杂:一般而言,潮混合作用有抑制低盐水团的作用,但是小潮转大潮的垂向潮混合作用有利于形成低盐水团,潮致Lagrange余流也有利于在口外东北海域形成低盐水团。径流量大小和台湾暖流强弱不是产生这些低盐水团的主要动力机制。

【学位年度】2010-01

【学位名称】博士

【分类号】P333

【导师姓名】苏纪兰