不同气象条件下太湖底泥再悬浮和水温的模拟研究

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底泥再悬浮和水温对太湖蓝藻暴发具有重要的生态学意义,而已有的研究多数集中在水槽实验和个别站点的非连续性观测分析,迄今为止,基于实际变化的气象场驱动下底泥再悬浮和水温的时空分布模拟较为鲜见。本文采用中尺度天气研究和预报模式(WRF)提供初始气象场、第三代近岸波浪模型(SWAN)提供初始波浪场,基于非结构有限体积近海海洋模型(FVCOM),对不同气象条件下太湖底泥再悬浮和水温进行了模拟研究,并分析了与底泥再悬浮密切相关的真光层深度的影响因子。主要结论概括如下:(1)首先,利用多年平均风速和不同风向驱动FVCOM模式得到16个不同风向下太湖风生流的辐合辐散和垂直运动场,通过统计分析发现风场驱动下流场的辐合和下沉运动与太湖底泥的空间分布有密切关系。(2)其次,在实际气象场(温、压、湿、风等)和波浪场驱动下,FVCOM模式对底泥再悬浮的空间模拟结果与卫星反演结果吻合较好,较以往的研究有较大改进。在此基础上,对四种不同风向条件下太湖底泥再悬浮进行了敏感性实验,发现在相同的风速下除了主导风向(东南风和西北风)对太湖底泥再悬浮有重要的作用外,非主导风向(东北风和西南风)对底泥再悬浮也有着不可忽视的作用;在不同的风向条件下,湖心区和西南湖区的悬浮物浓度总是比较大,原因主要是由于湖心区虽然底泥厚度小,但其流场分布总是有利于周围的悬浮物向湖心区输送所致;而在西南湖区,本身就存在较厚的底泥,在波浪和湖流的作用下底泥容易再悬浮。(3)再次,对与太湖底泥再悬浮密切相关的吸收系数、散射系数以及太阳高度角对真光层深度的影响进行了深入的研究,首次从理论上得到了这三者对真光层深度的影响关系,并得到了太湖实测站点观测数据的验证。具体为:散射系数与吸收系数的比(b/a)值的大小是决定太阳高度角对真光层深度影响的关键因子,当b/a_>15时,太阳高度角对真光层深度的影响较小,基本可以忽略;而太阳高度角在10~70°之间变化时,真光层深度的变化幅度较大。(4)最后,通过中尺度WRF模式提供的气象场并考虑波浪的作用,利用优化后的FVCOM模式对太湖的水温进行了模拟研究,得到了水温的连续空间变化和上下层温差的空间分布,并利用单站实测水温进行了验证;在此基础上通过改变风速、气温、蒸发、短波辐射和增加降水对太湖上下层水温差的影响因子进行了敏感性实验,结果表明风速和太阳短波辐射是影响上下层温差的主要气象因子。
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