东海陆架悬浮体输送三维数值模拟及模拟结果的可视化研究

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东海陆架悬浮体的输送关系到陆架地质地貌的发育和演化、陆架生态环境和陆架边缘物质交换等方面。东海陆架悬浮体问题一直是学者们所关注的问题之一。 本文在前人的工作基础上,通过数值模拟的方法就悬浮体输送问题进行了探讨。首先,利用精度较高的温盐资料模拟了黄、东海的水动力场,再通过一个对流——扩散型物质输送模型模拟了东海陆架上冬季和夏季悬浮体的分布情况,最后结合水动力就悬浮体输送进行了分析。 在水动力模拟方面,先通过三维线性潮波模型模拟了黄、东海四大分潮,绘制了四大分潮的潮汐同潮图和潮汐椭圆图。潮汐同潮图表明,从太平洋进入东海的潮波在向西北前进的过程中,分为两只,一只与从台湾北端进入的潮波汇合,在台湾海峡形成“退化潮波”系统,另一只向北传播过程中,受山东半岛及辽东半岛的影响,分别形成南黄海旋转潮波系统和北黄海旋转潮波系统,而进入渤海的潮波在向渤海湾和辽东湾传播时,形成南北渤海潮波系统;潮流椭圆表明,潮流在近岸水区流速大于深水区。M2分潮与S2分潮相似,K1分潮与O1分潮相似。模拟的结果与早期文献的模拟结果进行了对比,计算结果基本符合实际情况。 在环流模拟方面,通过低阶Lagrange模型模拟了黄、东海的环流场,结果表明,零阶模型基本能代表东海环流特征,一阶环流模型可代表黄、东海环流特征;黄、东海潮致余流沿岸比较强,在外海比较微弱。夏季和冬季环流都基本体现了该研究区各主要流系:黑潮、台湾暖流、黄海暖流、对马暖流和各沿岸流等。夏季黑潮和台湾暖流都较冬季要强。 通过悬浮体输运模型所计算出的悬浮体浓度分布基本与实测资料及其他学者通过遥感资料所解译出的结果相同,即沿岸浓度较高,中、外陆架较低,苏北沿岸有一向东南方向的“舌”状延伸带。悬浮体输送表明,在冬季,悬浮体除了在陆架上发生扩散外,由于海水的强烈混合作用和环流的季节性变化,部分中、底层悬浮体可扩散至冲绳海槽甚至西太平洋;在夏季,由于海水层化及夏季环流特征,悬浮体基本不能穿越黑潮这一水障,这一差异可能是由于季风和不同环流特征所引起的。 数值模拟结果往往产生大量的数据和依数据而绘制出的大量图件,为了很好地管理这些数据和图件,本文通过可视化编程工具及GIS组件开发了一个模拟结果可视化系统。此系统是将可视化编程与结构化编程相互结合的一个尝试。有关海洋数值模拟的可视化研究将会进一步展开。
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