渤、黄、东海悬浮物传输过程和机制的数值模拟

论文摘要

渤、黄、东海是世界上悬浮物浓度最高的陆架海区之一,河流输入众多,底质类型多样,悬浮物的分布和输运过程不仅控制着海底地形地貌演化,同时也对海洋生物、环境、沿岸基建产生重要影响。本文利用新南威尔士大学泥沙模式UNSW-sed结合MASNUM海洋数值模式,加入理查森数计算底摩擦,同时考虑了波流对底层沉积物的影响,并将悬浮物对海水密度的影响加入其中,研究模拟了渤、黄、东海2008年4月2012年12月悬浮物的输运过程。悬浮物浓度分布的模拟结果与“我国近海海洋综合调查与评价”专项（简称908专项）的实测数据和遥感数据进行了对比验证,分布形态与数量级基本一致。本研究获得如下认识:悬浮物浓度高值区集中在黄河口、渤海湾和莱州湾沿岸、山东半岛沿岸和苏北浅滩至长江口附近,冬季分布范围最广,夏季分布范围最小,春、秋季为过渡时期。悬浮物分布受风速季节性变化影响。水深较浅海域风速对悬浮物浓度影响较为明显,水深较深或风速变化周期较短时,风速对悬浮物浓度变化的影响较弱。夏季渤海海峡悬浮物输运受到黄海冷水团控制,表底层水团形成跃层,限制了底部的高浓度悬浮体向上输运;冬季则受到黄海暖流控制。成山头周围悬浮物的输运冬季受黄海暖流影响,夏季受黄海冷水团影响。苏北沿岸和长江口的悬浮物输运主要受风驱动沿岸流的影响。模拟的2012年渤、黄海间,南、北黄海间以及黄、东海之间的悬浮物年净通量分别是232×106t、631×106t和709×106t,输运方向分别为由渤海向黄海、由北黄海向南黄海和由黄海向东海输运。渤海向黄海的悬浮物输运主要时期在春季,主要输运通道为老铁山水道和登州水道;北黄海向南黄海的悬浮物输运主要时期在晚秋至冬季,主要通道在123.6°E以西;黄海向东海的悬浮物输运主要在冬季的绝大部分区域。通量的计算结果表明,山东半岛泥质区及苏北浅滩存在再悬浮沉积物。来自山东半岛泥质区的再悬浮沉积物在鲁北沿岸流作用下向南输运。现有计算条件下,本研究数学模型具有最优的详细程度,定性结果较为可信,但由于计算效率限制,模式的设定没有考虑河流实际悬浮物输入量、海底底质类型以及全部主要分潮,定量结果需要进一步计算和更多资料的验证。

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摘要

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1 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 渤、黄、东海悬浮物输运研究现状

1.2.1 渤、黄、东海悬浮物陆架输运

1.2.2 悬浮物跨陆架输运

1.2.3 各个海区间悬浮物通量的研究

1.3 国内外悬浮物输运模拟研究现状

1.3.1 数值模式的发展概述

1.3.2 国外悬浮物输运模拟工作

1.3.3 渤、黄、东海悬浮物输运模拟工作

1.4 渤、黄、东海悬浮物输运研究存在的问题

1.5 本文工作

2 研究区概况

2.1 渤、黄、东海区域位置

2.2 .渤、黄、东海气象水文概况

2.2.1 渤、黄、东海气候特征

2.2.2 渤、黄、东海的温度分布

2.2.3 渤、黄、东海的盐度分布

2.2.4 渤、黄、东海的海浪

2.2.5 渤、黄、东海的海流

2.2.6 渤、黄、东海的潮汐

2.3 渤、黄、东地质概况

2.3.1 渤、黄、东海海底地形

2.3.2 渤、黄、东海底质类型分布

3 模型构建、设置及结果验证

3.1 模型组成

3.1.1 海流和海浪模块

3.1.2 沉积物模块

3.1.3 模式的特点

3.2 模型设置

3.2.1 模拟区域范围及海底地形

3.2.2 初始及边界条件

3.2.3 泥沙输运模型的参数设置

3.3 结果验证

3.3.1 海浪、海流模块模拟验证

3.3.2 沉积物模块模拟验证

4 悬浮物通量水平分布的月变化及其对风的响应

4.1 表层悬浮物通量的水平分布

4.2 底层悬浮物通量的水平分布

4.3 悬浮物浓度变化对风和风浪的响应

4.3.1 渤海悬浮物浓度对风速的响应情况

4.3.2 苏北浅滩悬浮物浓度对风速的响应情况

4.3.3 悬浮物浓度对风速的响应情况与水深的关系讨论

4.4 小结

5 渤、黄、东海各海区间悬浮物输运的季节性变化及净通量

5.1 渤、黄海之间关键断面悬浮物输运季节性变化及净通量

5.1.1 渤、黄海断面悬浮物通量分布的季节性变化

5.1.2 渤、黄海断面悬浮物浓度及流速分布的季节性变化

5.1.3 渤、黄海断面温度、盐度分布的季节性变化

5.1.4 渤海和黄海之间悬浮物净通量分析

5.1.5 小结

5.2 北黄海和南黄海之间关键断面悬浮物输运的季节性变化及净通量

5.2.1 南、北黄海断面悬浮物通量分布的季节性变化

5.2.2 南、北黄海断面悬浮物浓度及流速分布的季节性变化

5.2.3 南、北黄海断面温度、盐度分布的季节性变化

5.2.4 北黄海和南黄海之间悬浮物年净通量分析

5.2.5 小结

5.3 黄、东海之间关键断面悬浮物通量的季节性变化

5.3.1 黄、东海断面悬浮物通量分布的季节性变化

5.3.2 黄、东海断面悬浮物浓度及流速分布的季节性变化

5.3.3 黄、东海断面温度、盐度分布的季节性变化

5.3.4 黄海和东海之间悬浮物年净通量分析

5.3.5 小结

6 总结

6.1 主要结论

6.2 未来研究计划

参考文献

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致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郭瑜璇

导师: 石学法,乔淑卿

关键词: 数值模式,悬浮物,渤海,黄海,东海,黄河,长江,季节变化

来源: 自然资源部第一海洋研究所

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学,海洋学

单位: 自然资源部第一海洋研究所

分类号: P737

总页数: 88

文件大小: 8223K

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