渤海是一个半封闭型内海,近年来随着沿岸经济活动的增加,其近岸海域营养盐污染有加重趋势。水体可通过自身的动力条件降低污染物浓度,具有一定的物理自净功能,即水交换能力。尤其是渤海冬季季风强,且寒潮大风频发,以往研究认为冬季的水交换能力强于其它季节。然而,冬季寒潮天气会使渤海海面迅速结冰,海冰的生成会改变浪、潮、流等水动力条件,影响水体的交换能力,从而改变污染物的输移扩散过程。因此,建立数值模型研究寒潮天气下海冰对渤海近岸水交换能力的影响机制可为环渤海冬季的污染防控提供更为准确可靠的评估工具和科学依据,具有重要的科学意义和应用价值。本文首先基于MCT耦合器、非结构化网格的FVCOM水动力学模型、海冰模型、SWAN波浪模型和拉格朗日粒子追踪模型建立了渤海海冰-海洋-海浪全耦合的水交换三维数值模型,通过将冰浓度以线性变化加权百分比的方式纳入海表面应力方程中从而描述海冰对浪、潮和流的作用机理。模型验证的结果表明:模拟的年度最大海冰分布与卫星遥感图像基本一致。模拟的潮位、流速、流向以及有效波高与实测基本一致,其中有效波高的最大值误差不超过5%。基于模拟的水流结果分别运用拉格朗日时均方法和欧拉时均方法得到拉格朗日余流和欧拉余流。探讨了海冰对拉格朗日余流、欧拉余流和斯托克斯漂流的影响,以及对水交换的影响。结果表明:海冰阻碍了辽东湾粒子排出,但有利于渤海湾和莱州湾的粒子出湾。在此基础上,分析了不同初始粒子释放时刻和不同数量粒子对水交换的影响规律。利用拉格朗日粒子追踪模型读取冰速作为驱动场成功模拟了侵入冰体的污染物粒子的运移轨迹,实现了污染物粒子侵入冰体后随浮冰的运移轨迹模拟,为侵入冰体的污染物粒子追踪溯源提供了一种新方法。