渤海示踪物输移扩散季节性变化的研究.pdf

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1、第31卷第6期2014年12月海洋预报MARINEFORECASTSV01．31．No．6DeC．2014DOI：10．11737／j．issn．1003-0239．2014．06．009渤海示踪物输移扩散季节性变化的研究孟庆佳1’2，雷坤1，刘瑞志1(1．环境基准与风险评估国家重点实验室中国环境科学研究院，北京100012；2．大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室中国科学院大气物理研究所，北京100029)摘要：利用一个三维斜压模式ROMS，对夏季和冬季的渤海流场、示踪物输运及扩散进行了简要模拟。模拟结果表明渤海环流在夏季和冬季呈现

2、多涡环流模态，垂向平均流场更为突出，渤海各大港口排放的保守污染物浓度在80天左右后显著降低，不过影响范围呈现季节性分布，污染物的输运扩散受与流场紧密相关，渤海湾是影响最为严重的海域。关键词：数值模拟；示踪物；输运转移中图分类号：P731．2文献标识码：A文章编号：1003—0239(2014)06—0039—091引言渤海是半封闭的内海，平均水深18m，海区北面、西面和南面分别为辽东湾、渤海湾和莱州湾，渤海东面以渤海海峡与黄海相通(见图1)。关于渤海的潮汐和潮流，从20世纪80年代起就开展了许多数值模拟研究工作，并取得了初步研究成果(沈育疆⋯

3、，1980；Cao等口1，1989；赵保仁等【3】，1994；Yanagi等㈨，1994；叶安乐等㈣，1995；Kang等㈧，1998)。随着计算机技术的发展和计算能力的大幅度提高，国内外学者对渤海及黄海、东海的三维潮流进行了大量的数值模拟工作(Guo等p】，1998；王凯等隋1，1999；Bao等一1，2001；Zhang等”01，2006；朱学明和刘桂梅⋯】，2012)。渤海环流由潮致余流、风生环流和热盐环流组成，大体是由高盐的黄海暖流余脉和低盐的渤海沿岸流所组成。近年来，随着渤海观测资料的增多和数值计算技术的发展，人们加深了对渤海环流结

4、构的认识和理解，但仍存在争议。王辉等”21(1993)用数值方法得到的渤海环流主体绝大多数是呈反时针方向的；赵保仁”1(1994)由实测资料分析认为辽东湾、莱州湾为顺时针的环流结构，指出渤海湾则北部沿逆时针方向，南部沿顺时针方向的双环结构；FangE”1(2000)认为渤海湾、莱州湾为逆时针方向，渤海中部为顺时针方向，渤海中部靠西岸一侧为逆时针，辽东湾北部为顺时针等多个涡旋组成；Wei等”41(2001)用三维的斜压模式HAMSOM模拟了冬季和夏季的渤海环流，发现季风是渤海环流发生季节变化的主要原因，影响着渤海绝大部分海区的环流流型。万修全等

5、”51(2003)利用ECOMSED模拟了胶州湾的潮流和示踪物的分布及扩散规律。为更好的理解渤海季节环流和示踪物扩散规律，本文利用一个三维斜压海洋模式模拟研究渤海夏季和冬季的潮汐和环流情况，以及渤海示踪物的输运转移规律。2模式和数据本文的数值模式采用RegionalOceanMidelingSystem(ROMS)的模型是由美国Rutgers大学和UCLA所共同开发的区域海洋模式系统，目前正在海洋研究领域得到广泛的应用。该模式基于三维非线性斜压原始方程，水平方向使用曲线正交的收稿日期：2014—03—07基金项目：国家自然科学基金项目(414

6、06013；41106023)；科技基础性T作专项(2013FYllll00—05)作者简介：孟庆佳(1983一)，男，助理研究员，主要从事水动力数值模拟和海洋环流等研究。E-mail：mengqj@craes．org．cn海洋预报31卷Arakawa网格，垂直方向采用跟随地形可伸缩的S坐标系统，具有自由表面，可以模拟多种尺度的运动。ROMS功能比较完善，除水动力模块外，还包含海冰模块、生态模块、沉积模块和数据同化模块等；具有封闭式、周期性、指示性、辐射和无梯度等多种边界条件；湍封闭模型也有多种混合方案。本文模拟研究区域包括整个渤海，计算海区

7、为37．0—41．03。N，117．47一122．3。E所覆盖的范围，水平分辨率2’×2’，网格数是122×146，垂向分10层，外模日,-tl司步长取为300S，内模时间步长为60S。模式考虑实际海底地形，模式的西、北、南边界取为闭边界，东边界为开边界，开边界位置设在远离渤海海峡的北黄海122030’E断面(见图1)，模式考虑8个分潮，分别为Kl，0l，P1，Q1，M2，s2，N2和K2(资料来源于http：／／volkov．oce．orst．edu／tides／TPXO7．2．html)，并通过潮水位和流速从开边界引入。根据前人的经验，将

8、渤海的底摩擦设定为O．0012。模式所采用的强迫均为气候态资料，海气热通量、水通量和风应力数据采用COADS[Diaz等[t61，2002]的多年平均资料。温、盐初