平流对中国北部近海层化的作用

发布时间：2020-11-22 09:49

　　 中国北部近海主要包括渤、黄海以及东海的北部,上述海域均位于中国东部.,是彼此相连且陆架宽阔的中纬度海域。有多种因素影响本海域的季节性层化现象,如海气热通量、潮、水平环流、径流、风场、波浪等。传统研究认为海气热通量和潮主导了本海域的季节性层化,两者的平衡处即为层化的边界,也即潮锋。潮锋的位置能较好地被该理论预测,但是,在局部海域仍有一定的不足。在这些局部海域,其他因素对层化的作用也很重要,譬如径流和水平环流。同时,季节性层化是影响本研究海域生态过程的重要物理过程之一 本文基于大量的海上现场观测、遥感资料、并结合区域海洋数值模拟系统(ROMS-Regional Ocean Modeling Systems)及不同的湍流封闭模型,对28°N以北的中国近海的层化特征及影响因素作了较为系统的研究；并通过层化初期的春季水华与夏季河口层化区域的底层缺氧等两个典型案例详细阐述了平流对层化区生态过程的重要影响。主要的工作和获得的认识有： 研究并揭示了渤海的层化除了受增温与潮混合控制之外,还受北黄海和辽东半岛西侧深层冷水的平流过程的影响。渤海温跃层下的底层冷水是显著且长期稳定的水文现象,底层冷水分别位于辽东湾内和渤海南部,前者的温度较后者偏低1-3℃左右,从而形成南、北不对称的底层冷水结构。热通量和热容量的区域差异是早期形成双中心冷水不对称结构的主要原因。北黄海和辽东半岛西侧深层冷水的平流作用对北部冷中心的贡献大于对南部冷中心的影响,是维持不对称的双中心冷水结构的主要原因。 研究并揭示除了海表增温之外,冬季黄海高温高盐水入侵黄海可增强夏季黄海的层化；潮流的水平扩散使更多的长江冲淡水向江苏北部沿岸和黄海西部扩展,显著地增强了南黄海西部的层化。模拟再现了南黄海中部海槽和渤海海峡东部洼地附近的潮流及其混合偏弱的特征,由此成为黄海深层冷水较为稳定及其上方跃层较强的主要因素之一。模拟表明黄海冷水团周围以气旋式环流为主,是底层冷水相对稳定的另一个因素。 发现了南黄海海域春季次表层水华位于跃层附近,揭示了表、底层的平流过程对水华变化规律的影响。南黄海的海槽西侧斜坡和海槽中央的春季层化发展的过程有差异。冬季,在海槽西侧的斜坡海域,底层受黄海高温高盐水北上平流的影响,而表层受低温低盐的沿岸水南下平流的影响,即使春季海表增温之后,层化也相对较弱,因此水华强度较弱且持续时间较短。在海槽中部,平流以弱潮流的周期性运动为主,潮混合较弱,冬季主要是低温高盐水,因此,春季海表增温之后的层化发展较快、较强,因此水华的浓度更高、持续时间更久。 分析了长江冲淡水、台湾暖流的平流效应以及海表增温共同导致长江口毗邻海域强层化的特征,揭示了长江冲淡水的走向是影响邻近海域缺氧区空间变化的物理原因。稳定的水体结构使该海域的底层溶解氧消耗后不能得到有效补充,从而成为底层水体缺氧的前提。风场、台湾暖流和径流等因素的年际差异导致了研究海域冲淡水扩展范围的年际变化,由此不仅影响了营养盐和悬浮有机质的分布,还影响盐度层化的分布,成为缺氧区年际变化的物理机制。通过ROMS对典型年份1999年和2006年的比较研究证实了上述机制的作用。 本文还通过实际海域的算例,比较了四种湍流封闭模型在不同海域的表现。四种湍流封闭模式反映的层化结构具有不同特点,需要根据实际情况选择合适的湍流封闭模式。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2011
【中图分类】：P731.2
【部分图文】：

上述因素中，有些具有明显的局地特征。因此，研究季节性层化及其因素必须在一定的时、空背景下才能进行。本文研究的海域主要是28ON以北的渤、黄、东海(本文简称“中国北部近海”，图1一1)。这是一个纬度上处于温带的半封闭的陆架边缘海，西面和北面是中国大陆，东面从北至南分别是朝鲜半岛、九州岛、台湾岛，以及九州岛与台湾岛之间的琉球岛链。本海域通过几个重要水道与外海相连。在朝鲜半岛和九州岛之间通过朝鲜海峡/对马海峡与日本海(韩国称东海)相连;九州以南通过大隅海峡、吐噶喇海峡和琉球岛链分别与西北太平洋的菲律宾海相连;南面通过台湾海峡与南海相连。渤、黄海，以及大部分东海均属宽阔的陆架。海域的潮汐、潮流非常显著(Fang alldYang， 1985;丁文兰，1985;Fang，1986)’。受东亚季风影响，风场的强弱和方向均有显著的季节变化。在东海陆坡附近有著名的西边界流一黑潮经过。在海域周边

他人的后续研究一般根据有效波高H、来确定表面粗糙度(两者同量级)，譬如z。=1.6·H、 (KanthaandClayson，2004，Appendix)或者z。=0.6·H、(Staeey，1999，该文公式(5)和(6))。图4一21给出了渤海冬季和夏季的有效波高(AVISO风浪资料)，，其中夏季有效波高约为0.sm左右。本文经过试验之后，ROMS模式中表层粗糙度取为0.巧m较为合适。模拟结果对比如图4一22和图4一23所示。考虑波浪之后，表层的垂向混合系数从 0.lm，/S增加到 4mZ/s，变化较明显，使上混合层厚度增厚lm左右。但是，影响的深度一般在近表层3m之内。与底层的垂向混合系数(潮的作用)相比，表面波浪对混合的增强相对影响较小。41oN41oN40oN40oN39oN39oN38oN37ON一一一38oN 118oE119oE120oE121oE122oE37oN二二二 118oE119OE120oE121oE122oE图4一21渤海冬季和夏季典型月份的有效波高(单位:m)(资料源自http://www.aviso.oeeanobs.eom/en/data/prod、、cts/wind一waves一prod、:cts八ndex.lltml)源自 http://www.aviso.oeeanobs.eom/en/dat留products/wind一waves一prodL

形成较强的盐度锋面。同时，淡水较轻，覆盖在表层的薄层内，表层淡水可使密度层化增强，垂向混合减弱。由于黄河和辽河的径流量都较小，因此对于垂向混合较为显著的影响区域都较小(图4一24)。后者影响垂向和水平环流。首先，形成了河口重力环流，即表层淡水向外、而底层高盐水向内补偿的现象。其次，对水平环流也有影响。冲淡水锋面的存在改变了水平密度分布特征，进而影响水平流场。特别是当径流量有长期的、较大的改变时，对于环流空间分布也可造成较明显的影响。吴德星等(2004)曾利用1958年和2000年的大面观测温、盐对渤海密度流进行了诊断计算，表明这种影响的确是不容忽视的。图4一25表明考虑径流后，断面两端(即河口附近)和表层盐度都有明显的降低，而底层盐度反而有所升高。图4一26和图4一27表明径流的加入，还对温度和密度的结构造成了较为明显的影响。体现了径流对于混合和环流两方面的影响是共存的
【参考文献】

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本文编号：2894512