北部湾冬夏季环流及其水交换的数值模拟研究

摘要

北部湾位于我国南海的西北部,介于16°~22°N,105°30′~110° E之间,为天然半封闭浅水海湾,它东接雷州半岛和海南岛,北依广西,西临越南,南与南海相通,平均水深为38 m,最大水深为106 m,水域面积约12.8×104 km2。因其沿岸众多的河流,独特的地理位置,北部湾形成了由河口生态系统、海湾生态系统组成的独特自然环境。研究北部湾的环流规律以及北部湾海域的水交换程度从理论意义上说可以更好地了解北部湾的动力机制及物理自净能力,从实用意义上说能够协助更好地开发利用北部湾的自然环境、生态环境,为北部湾海域环境的保护提供科学依据和技术支持。本文以北部湾为研究对象,运用FVCOM三维水动力模型数值模拟了北部湾冬夏季的风生潮致环流,同时利用Tracer-Tracking模块,对北部湾的水交换规律进行了研究。主要工作内容和结果如下:
　　1.应用FVCOM模式,建立了北部湾三维水动力模型,通过湾内一个验证点连续九天的潮流潮位实测验证资料,以及绘制同潮时线和等振幅线图同前人的研究结果进行比对,验证了该模式模拟结果的正确性。同时得到以下结论:
　　(1)潮波由湾口向湾内传播,振幅在北部湾顶部达到最大。其中全日分潮K1, O1在北部湾起主要作用。K1分潮振幅的最大值超过90 cm,O1分潮振幅的最大值在100 cm以上。O1和K1分潮的迟角均在越南顺化附近形成一个无潮点,同潮时线沿无潮点逆时针旋转。北部湾的M2,S2分潮的振幅明显小于全日分潮。M2和S2分潮的迟角由湾口向湾顶传播,不断增大。
　　(2)北部湾的潮流形式主要为往复流,方向基本与岸线一致。雷州半岛西侧附近海域,海水流向与岸线较一致;北部湾北纬20°以南海域,从北向南,潮流的流向从东北-西南向逐渐转成西北-东南向。流速上看,琼州海峡西出口处流速最大,其次为海南岛西南侧近岸海域。
　　(3)潮致余流在海南岛西北向和海南岛莺歌咀附近各形成一个闭合的逆时针环流。潮致余流从琼州海峡流入北部湾,沿广西沿岸,而后向南流动,一部分与沿海南岛向北流动的流形成一个逆时针环流,另一部分向西而后向南流动,在莺歌咀附近形成了一个小的逆时针闭合环流。
　　2.根据The National Centers for Environmental Prediction(NCEP)提供的冬夏季月平均风场数据,本文在FVCOM水动力模型的基础上,加入了冬夏季风场作为驱动条件,对北部湾冬夏季的风生潮致环流进行数值模拟。计算结果如下:
　　(1)冬季北部湾的越南沿岸存在一个狭长的逆时针闭合环流。表层环流从琼州海峡自东向西流入北部湾,分别向北、西、西北沿广西、越南沿岸流动,还有一部分外海水从海南岛南部流入湾内,向西北方向流动,与越南沿岸的东南向流相互作用,形成一个狭长的闭合逆时针环流。中层与表层环流结构有明显区别,底层与中层环流结构基本一致。
　　(2)夏季表层环流依然是自东向西经琼州海峡流入北部湾,在北部湾内形成了两个逆时针环流。海南岛西侧沿岸流向北流动,在北纬19°,东经108°左右形成一个不闭合的逆时针环流。北纬19°附近有一支明显向东流动的环流,沿海南岛南岸流出北部湾,并且在北部湾南出口附近形成了一个顺时针旋转的环流。中层闭合环流的位置发生了偏移,底层与中层环流结构一致。
　　3.本文以雷州半岛西南侧新地村——海南省澄迈县马村港,海南省南侧三亚——越南岘港为界,通过示踪物方法,数值模拟了北部湾水交换情况,计算出北部湾的半交换时间和平均存留时间。结论如下:
　　冬季北部湾平均存留时间为430天,夏季北部湾平均存留时间为588天。冬夏季北部湾水交换的相同点在于,水交换能力自水交换边界向湾内逐渐减弱,距水交换边界越近,水交换能力越强,反之,水交换能力越弱。不同点在于,湾内水交换平均存留时间的分布有着显著的不同。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

1. 绪论

1.1研究目的和意义

1.2研究进展

1.3本文研究内容

2. 北部湾概况

2.1地理位置

2.2自然条件

3. 北部湾水动力模型的建立

3.1 FVCOM水动力模式介绍

3.2北部湾水动力数值模拟

3.3本章小结

4. 北部湾风生潮致环流的数值模拟

4.1冬夏季风场资料的获取

4.2冬季环流数值模拟及分析

4.3夏季环流数值模拟及分析

4.4本章小结

5. 北部湾冬夏季水交换的数值研究

5.1水交换模型

5.2冬夏季水交换数值模拟

6. 结论与展望

6.1结论

6.2不足与展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果