浅海底边界动力过程与物质交换研究

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1、第21卷第11期地球科学进展Vol.21No.112006年11月ADVANCESINEARTHSCIENCENov.，2006文章编号：1001-8166（2006）11-1180-05곘浅海底边界动力过程与物质交换研究1121魏皓，赵亮，刘广山，江文胜（1.教育部物理海洋重点实验室，中国海洋大学，山东青岛266003；2.近海海洋环境国家重点实验室，厦门大学，福建厦门361005）摘要：浅海底边界动力过程是能量分配、颗粒物输运和水—底边界物质交换的关键环节，深入研究浅海底边界动力过程是提高环境

2、容纳量预测能力的重要前提。分析了国内外该研究方向的进展和现状，提出在黄海中部和长江口外两个典型海区，以集成先进设备的海床基观测平台和水体要素连续观测的研究策略，获得底边界流场结构、水体和底边界湍流混合特征、底耗散动力学参数、底颗粒物浓度和梯度变化等规律，建立潮汐、层化、海浪等不同动力条件下底边界动力过程参数化方案，研究沉积物启动、沉降等动力学规律，以数值模式探讨海底拖曳力变化对潮流和环流结构的影响；了解颗粒物组成的季节变化及对起动、再悬浮、絮凝等动力过程的影响，以颗粒物输运模型研究中国近海沉积物源

3、汇分布；以同位素示踪研究底界面交换对动力过程的响应。为解决面临的2个科学问题：①中国近海底边界能量耗散在能量分配中的作用；②中国近海底边界动力过程、颗粒物输运与物质交换的多时空尺度变化规律，奠定基础。关键词：底边界动力过程；颗粒物动力学；浅海湍流特征；沉积物—水界面物质交换；浅海中图分类号：P736文献标识码：A中国近海海域约50％以上的面积由陆架海、河靠。众所周知，在浅海环流预测模式中环流流型高［3］口、海湾等浅海组成，这是最具活力、与国计民生息度依赖于底摩擦的参数化和拖曳系数的选取。息相关的区

4、域，海洋经济的可持续发展和周边区域因此，近海底边界动力过程研究引起国际物理海洋［4］社会的和谐稳定，都要求对近海的环境演化规律和学界的高度重视。环境容纳量有更准确的认识。浅海底边界动力过程浅海底边界动力过程控制了颗粒物的沉降、再是能量分配、颗粒物输运和沉积物—水界面物质交悬浮，对沉积物的起动、搬运、沉降、再悬浮、再搬运换的关键环节，深入研究浅海底边界动力过程是提等起重要作用，因此也是现代沉积动力学研究的热高水动力和环境容纳量预测能力的重要前提。点。美国自然科学基金会公布的《洋陆边缘科学计划2004

5、》，确定了洋陆边缘的4个主要研究领域，其1浅海底边界动力过程与物质交换研中源—汇系统的一个重要研究内容即沉积物和溶解究的意义质从源到汇的产出、转换和堆积，都离不开对底边界［5］浅海能量耗散是整个海洋能量收支中的重要一动力过程的深刻认识。正如高抒所评述，该计划［1］环，Munk等估计大约3.5TW的重力位能在浅海传递的一个重要信息是：现代海洋地质科学的重点消耗；通过海底摩擦产生的湍流动力过程，浅海底层已经从区域特征的刻画转向“过程”和“方法”的研［2］耗散占整个水体的40％。对底边界动力过程的究，即

6、用系统科学的观点来理解过程、机制、动力学，深入了解，使得对浅海潮流、环流系统的预测更加可发展和应用多学科交叉方法、过程模型方法、新型现收稿日期：2006-04-19；修回日期：2006-08-08.곘*基金项目：国家重点基础研究发展计划重点项目“近海重要界面物质交换的关键过程”（编号：2006CB400602）资助.作者简介：魏皓（1964）-，女，天津市人，教授，博士，从事浅海动力学与物质输运研究.E-mail：weihao＠ouc.edu.cn第11期魏皓等：浅海底边界动力过程与物质交换研究1

7、181［57］［18］场观测和采样技术。不仅海洋地质科学，目前整个才被深刻揭示。Ferre等利用坐底ADCP的连海洋科学的研究都进入过程和方法的系统研究，从续观测，以声学后向散射强度反演颗粒物浓度变化，湍流动力学观点认识浅海底边界沉积物的运动特研究了狮子湾内陆架一次强风暴事件中的细颗粒沉征，是物理海洋学与现代沉积动力学的交叉，是非常积物动力学，发现一年一遇的风暴造成7m的浪可必要的。引起35m以下浅水层颗粒物的再悬浮和搬运，该强沉积物—水界面物质交换对生源要素（碳、氮、度的风暴控制了30m水深处底

8、质从沙变为泥。磷、硅等）物质循环的影响是中国近海高浊度海域Styles等［19］发现在一个潮周期内海底动力粗糙度变［6］［19］［20］的一大特色；富营养化海域沉积物的溶出甚至是化了2倍，而Lacy等以更加精细的声脉冲相海域生源要素的重要来源，在大多数河流筑坝拦沙关多普勒海流计（PCADP）在华盛顿西南海域进行［7］后，硅营养盐的海底溶出尤其重要；沉积物特别为期2个月的连续坐底三脚架观测，发现海底动力是泥质物质的再悬浮、沉降和输运过程在一定程度粗糙度与海浪能量成反比，底应力不仅受潮