黄海冷水团夏季叶绿素垂向分布结构的影响机制!

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1、第#’卷第)期海洋与湖沼DE1;#’，FE;))&&#年#月GH,+FGIG$J+,KIJLFGIG$J+MJFJH+L/N;，)&&#黄海冷水团夏季叶绿素垂向分布结构的影响机制!张书文（海洋环境科学和数值模拟国家海洋局重点实验室青岛)**&*%）提要通过求解黄海冷水团叶绿素一维模式控制方程，首次对风搅拌混合、潮混合和光衰减强度的影响机制进行了解析研究。结果表明，湍流混合过程和光的衰减强度对叶绿素夏季垂向分布结构具有重要影响。增强海面风搅拌混合作用的结果，导致叶绿素表层分布趋于均匀；增强潮混合，导致叶绿素最大值增加，最大值的位置向海面抬升；减少光的衰减强度，导致叶绿素最大值增加，

2、最大值的位置下沉。关键词黄海冷水团，叶绿素，影响机制中图分类号>"#%黄海夏季深层冷水（毛汉礼等，%!*’），又称黄海冷水团（赫崇本等，%!?!；管秉贤，%!*#），其主要特征是温度低且温差大、盐度小，是我国陆架浅海上一个重要的海洋现象，一直备受我国物理海洋学家所关注（袁业立，%!!#；苏纪兰等，%!!?；@A=B!"#$，%!!)）。近年来对于黄海冷水域生物化学特性的研究已取得了重要进展（顾宏堪，%!(&；刁焕祥等，%!(?）。作为海区富营养化程度指标之一的叶绿素，对其在一些区域站点的分布情况也已有零星报道（吴玉霖等，)&&%；孙军等，)&&)）。特别对叶绿素夏季垂向分布结构有

3、了较深入的了解（王保栋，)&&&）。然而迄今有关物理过程对叶绿素夏季垂向分布结构的作用机理，如风搅拌混合、潮混合、上升流和光衰减强度的影响，无论在理论上还是数值研究上均非常缺乏。作者基于中韩黄海水循环动力学合作项目联合调查资料，通过建立黄海冷水团物理C生态耦合模式数值研究了叶绿素垂向分布最大值的形成和演变过程，并对其影响因素进行了研究（张书文等，)&&)）。本文是此项工作的进一步扩展，旨在通过理论研究阐明风搅拌混合、潮混合和光衰减强度的影响机制。!湍流混合过程对叶绿素夏季垂向最大值分布结构的影响黄海为浅海区，湍流混合和垂向对流过程是引起垂向物质输送的主要动力机制，对叶绿素夏季结构

4、具有显著影响。限于篇幅，本文仅对湍流混合过程的作用进行解析研究。湍流混合系数按照文献（袁业立等，%!!#）中的结果，可表示如下：!国家!"#基础规划资助项目，$%!!!&’#(&)号、国家(*#项目资助课题编号：)&&)++*##%&&。张书文，男，出生于%!*)年%%月，博士，研究员，,-./01：23456789:106;<5;35;6=万方数据收稿日期：)&&)-&#-%%，收修改稿日期：)&&)-&*-)’#;*海洋与湖沼&$卷!"!!#"!$（#）式中!#、!$分别为风搅拌混合和潮混合。在上混合层，风浪搅拌混合占主导地位；在冷水团深底层，潮混合占主导地位；而在温跃层水域

5、湍流混合较弱。与海浪搅拌相联系的混合作用可以用湍流混合长度理论描述如下：!!$%&%&#&’(（)’()"%#%）)!’（%）#!"式中，!!**%+为,-./-0常数，!为特征波陡，为波龄，#为海面风速，%为与1234-.56"780数有关的无量纲系数。在中性层化情况下，+,!*，%!#)#*，因此（%）式可表示为：!#-&*’(（)#*"）（&）&%&#&)+!’（$）{*-%&!"%#%（+）#*-’)"由（%）式可知，海面风速#越大，风搅拌混合!#就越强。通常利用近海底潮流分布，根据湍流理论可确定出相应的潮混合系数。为便于进行理论研究，本文采用文献（袁业立等，#99&）所

6、给出的潮混合系数解析表达式：!$-#*+9.#*/$01（)#2:*%+’$!$（"21）%)0%）%，""*（:）!"式中0为潮流振幅，1为水深，$!#*;<#*=$，%为常数，由（:）式可知，潮流振幅越大，!$越大；越接近海底，!$值也越大；’$!$!3%，3为>.?0@6AB27BCB频率。水体层化越强，即!"%越大，!就越小。因此!由潮流振幅、水深及水体的层化强度决定。3$$!"!风搅拌混合对叶绿素夏季结构垂向分布的影响本节仅考虑风搅拌所激发的湍流混合，即取!"!!#，!#由（%）式定义。叶绿素生长的一维控制方程为：!4-!(!#!4)/6!42#%（7，3）4/"1*（

7、D）!5!"!"!(式中，%（7，3）为光照强度和营养盐的约束函数，本节视其为常数，4为叶绿素的浓度，1*为异氧浮游动物含量，"为摄食率，6为垂向对流速度。为简单计，取1*!8*4，%!（7，3），，量级比较表明，垂向湍流混合远比垂向对流重要，因此本文略去垂向%"8*!"*对流过程的影响。初边界条件定义如下：!4!#-*（;）{!""-*，/14（"，5）5-*-4（*"）（9）为求解方程（D），设4（"，5）!$（5）9（"），有$:/&$-*（#*）{!(!!9)2（#%/"