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浅海底边界层的强湍流运动是区别于大洋环境的主要特征之一。它影响颗粒物输运,进而调控上层营养物质的补充,对海洋初级生产过程具有重要意义。利用黄海西部黑泥湾海域和课题组积累的遍及东中国陆架海域的多个坐底ADV流速和悬浮物浓度(SSC)声学反演观测数据,本文研究了潮流和波浪作用下底边界层湍流与沉积物输运的机理,建立了陆架海底拖曳系数(Cd)的参数化方案。
针对潮流和波浪作用下底边界层内的长时间连续高频观测数据,本文采用了新的分析方法。首先使用同步压缩小波变换法对脉动流速和同步声学反演获得的SSC脉动进行波-湍分解,分别提取出波浪和湍流成分的流速、SSC时间序列。对于大量湍流能谱数据分析,建立了一种自动识别Kolmogorov“-5/3”惯性副区的方法。统计数据分析得到了惯性副区与潮流和湍流强度的关系,对利用AD2CP进行湍流剖面观测的参数设定提出了建议。
对8个锚碇站收集的ADV数据进行波-湍分解,估算潮流和波浪对Cd的贡献(分别记为Cdt和Cdw)发现:Cdt和Cdw均非恒定常数,Cdt与水深也无明显的关系;Cdt随底层潮流流速(Ur)增加而减小,可用湍流雷诺数(Rer)参数化;Cdw随波浪增强而增大,可用底波浪轨道速度(Uw)参数化;参数化公式可表达为Cd=0.395Rer-0.518+0.010(Uw/Ur)1.622。在较强的动力状况下,采用恒定的Cd=0.0025比本文提出的参数化公式所估计的底潮能耗散相对偏高。
通过对黑泥湾观测数据的分析探讨了筏式海带养殖、潮流、波浪及SSC对底边界层湍流的影响。研究表明:(1)海带养殖使流速和湍流雷诺应力减小,对湍动能和湍动能耗散率影响小;(2)底边界层湍流主要由流速剪切产生,波浪对湍流雷诺应力无影响但会使湍动能耗散率增大;(3)底边界层出现的高SSC未抑制湍流变化;(4)潮流和波浪作用下底边界层湍动能和波浪扰动能的生成与粘性耗散处于局地平衡状态(Pt+Pw=ε)。
利用现场和遥感观测分析了黑泥湾近岸沉积物水平输运与再悬浮过程。当SSC锋面存在时,往复潮流水平对流输运引起SSC的涨-落潮不对称。涌浪引起了更强烈的沉积物再悬浮,SSC呈现出涨-落潮对称。波浪影响显著阶段,底边界层颗粒物向海输运的净通量较大,意味着大量沉积物再悬浮后会被潮流输运离开,可能发生局地海底侵蚀。陆架潮流占优动力环境下,粘性沉积物的起动与沉降临界应力分别估计为0.208Nm-2和0.188Nm-2。
针对潮流和波浪作用下底边界层内的长时间连续高频观测数据,本文采用了新的分析方法。首先使用同步压缩小波变换法对脉动流速和同步声学反演获得的SSC脉动进行波-湍分解,分别提取出波浪和湍流成分的流速、SSC时间序列。对于大量湍流能谱数据分析,建立了一种自动识别Kolmogorov“-5/3”惯性副区的方法。统计数据分析得到了惯性副区与潮流和湍流强度的关系,对利用AD2CP进行湍流剖面观测的参数设定提出了建议。
对8个锚碇站收集的ADV数据进行波-湍分解,估算潮流和波浪对Cd的贡献(分别记为Cdt和Cdw)发现:Cdt和Cdw均非恒定常数,Cdt与水深也无明显的关系;Cdt随底层潮流流速(Ur)增加而减小,可用湍流雷诺数(Rer)参数化;Cdw随波浪增强而增大,可用底波浪轨道速度(Uw)参数化;参数化公式可表达为Cd=0.395Rer-0.518+0.010(Uw/Ur)1.622。在较强的动力状况下,采用恒定的Cd=0.0025比本文提出的参数化公式所估计的底潮能耗散相对偏高。
通过对黑泥湾观测数据的分析探讨了筏式海带养殖、潮流、波浪及SSC对底边界层湍流的影响。研究表明:(1)海带养殖使流速和湍流雷诺应力减小,对湍动能和湍动能耗散率影响小;(2)底边界层湍流主要由流速剪切产生,波浪对湍流雷诺应力无影响但会使湍动能耗散率增大;(3)底边界层出现的高SSC未抑制湍流变化;(4)潮流和波浪作用下底边界层湍动能和波浪扰动能的生成与粘性耗散处于局地平衡状态(Pt+Pw=ε)。
利用现场和遥感观测分析了黑泥湾近岸沉积物水平输运与再悬浮过程。当SSC锋面存在时,往复潮流水平对流输运引起SSC的涨-落潮不对称。涌浪引起了更强烈的沉积物再悬浮,SSC呈现出涨-落潮对称。波浪影响显著阶段,底边界层颗粒物向海输运的净通量较大,意味着大量沉积物再悬浮后会被潮流输运离开,可能发生局地海底侵蚀。陆架潮流占优动力环境下,粘性沉积物的起动与沉降临界应力分别估计为0.208Nm-2和0.188Nm-2。