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

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。

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第一章 研究现状及本文研究问题的提出

1.1国外河口冲淡水扩展及低盐水团现象的研究

1.2长江冲淡水扩展特征及动力机制研究

1.3长江冲淡水扩展区域的低盐水团现象及其动力机制

1.4国外河口和长江冲淡水扩展的研究方法

1.5本文研究问题的提出

第二章 基于新型σ-z混合坐标的POM-σ-z模式建立

2.1新型σ-z混合坐标的提出

第三章长江冲淡水扩展的数值模式及数值模拟

3.1长江冲淡水扩展的数值模式建立

3.2长江冲淡水扩展的数值模拟检验

3.3长江冲淡水扩展区域实际低盐水团的数值模拟检验

3.4本章附图

第四章理想河口数值模型分析长江冲淡水扩展及低盐水团动力机制

4.1计算模型设置

4.2理想河口冲淡水扩展的数值模拟

4.3一些动力因子非突变形式的变化对冲淡水扩展及低盐水团的影响

4.4一些动力因子突变对冲淡水扩展及低盐水团的影响

4.5对理想河口数值模拟结果的小结

4.6本章附图

第五章长江冲淡水扩展区域实际低盐水团的形成和演变特征及动力机制分析

5.1 1977年8月低盐水团的形成和演变特征及动力机制分析

5.2 1983年8月低盐水团的形成和演变特征及动力机制分析

5.3 1986年8月低盐水团的形成和演变特征及动力机制分析

5.4 1997年8月低盐水团的形成和演变特征及动力机制分析

5.5 实际低盐水团的形成和演变特征及动力机制的综合分析

5.6本章附图

第六章 小结

6.1本文主要工作

6.2本文主要创新性

6.3下一步研究工作设想

参考文献

致谢