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海洋与湖沼 2017年第4期48卷 682-694页

作者：李为时钟浦祥胡国栋上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室和高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200030 长江口水文水资源勘测局上海200136

基于ADCP走航观测得到长江河口北槽弯道附近3个横向断面(AD3、AD5和AD6)的流速资料,采用涡度方法,本文计算、分析了弯道环流与混合在垂直横向上的时空分布、影响因素及其重要性。3个横向断面上均存在由不规则界面分开的二层结构的横向... 详细信息

基于ADCP走航观测得到长江河口北槽弯道附近3个横向断面(AD3、AD5和AD6)的流速资料,采用涡度方法,本文计算、分析了弯道环流与混合在垂直横向上的时空分布、影响因素及其重要性。3个横向断面上均存在由不规则界面分开的二层结构的横向环流。半拉格朗日余流的计算结果显示:(1)小潮期间,AD3、AD5和AD6断面呈现表层向海、底层向陆的纵向环状半拉格朗日余流;大潮期间,呈现表、底层均向海的纵向半拉格朗日余流;(2)小潮期间,AD3断面呈现表层向北导堤、底层向南导堤的横向环状半拉格朗日余流;大潮期间,AD3断面中间区域呈现表层向北导堤、底层向南导堤的、而断面两端区域则呈现表层向南导堤、底层向北导堤的横向环状半拉格朗日余流;(3)小、大潮期间,横向断面AD5和AD6均呈现表层向北导堤、底层向南导堤的横向环状半拉格朗日余流;(4)"纵向半拉格朗日余流"在–0.2—0.7m/s;横向半拉格朗日余流"在–0.15—0.2m/s;(5)纵向半拉格朗日余流在横向上有明显变化。对弯道环流的进一步分析表明:(1)斜压梯度、内部摩擦致混合和底部摩擦致混合这三项各自的纵向分量是驱动纵向环流形成的主要因素,"纵向动量的横向重新分布项"次之,离心力和地转的影响可忽略;(2)横向斜压梯度和内部摩擦致混合项是驱动横向环流形成的主要因素,离心力、地转和底部摩擦致混合次之;(3)横向环流可能通过"纵向动量的横向重新分布项"减弱纵向动量,从而可能减弱纵向环流。

关键词：长江河口北槽弯道横向环流纵向环流涡度方法半拉格朗日余流

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长江河口北槽弯道环流的涡度研究：资料分析与数学模拟

长江河口北槽弯道环流的涡度研究：资料分析与数学模拟

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作者：李为上海交通大学

学位级别：硕士

为了进一步理解长江河口北槽弯道附近环流的物理学,基于涡度方法,本文采用了现场观测资料分析和数学模拟进行研究。首先,采用频率为300 kHz的ADCP,走航观测得到长江河口北槽弯道附近3个横向断面(AD3、AD5和AD6)的流速资料(2014年2月23... 详细信息

为了进一步理解长江河口北槽弯道附近环流的物理学,基于涡度方法,本文采用了现场观测资料分析和数学模拟进行研究。首先,采用频率为300 kHz的ADCP,走航观测得到长江河口北槽弯道附近3个横向断面(AD3、AD5和AD6)的流速资料(2014年2月23至24日枯季小潮和2月28日至3月1日枯季大潮)。其次,通过上述资料的定量计算,3个横向断面上均存在由不规则界面分开的二层结构的横向次生流:(a)呈现明显的小/大潮、涨/落潮变化;(b)第一、第二个涨/落潮周期内,横向次生流的结构变化较小,其大小、流向及分布具有一定的相似性;(c)整体流速分布呈现间歇性;(d)界面、结构形态呈现复杂的空间变化;(e)初落、落急、落憩、初涨、涨急、涨憩,均可能间歇性地呈现横向次生流。再次,半拉格朗日余流的计算结果显示:(i)小潮期间,AD3、AD5和AD6断面呈现表层向海、底层向陆的纵向环状半拉格朗日余流;大潮期间,呈现表、底层均向海的纵向半拉格朗日余流;(ii)小潮期间,AD3断面呈现表层向北导堤、底层向南导堤的横向环状半拉格朗日余流,大潮期间,断面中间区域呈现表层向北导堤、底层向南导堤的横向环状半拉格朗日余流,而断面两端区域则呈现表层向南导堤、底层向北导堤的横向环状半拉格朗日余流;(iii)小、大潮期间,AD5和AD6断面均呈现表层向北导堤、底层向南导堤的横向环状半拉格朗日余流;(iv)纵向半拉格朗日余流介于-0.2和0.7 m?s之间;横向半拉格朗日余流介于-0.15和0.2 m?s之间;(v)纵向半拉格朗日余流在横向上具有明显的变化。另外,弯道环流的影响因素分析表明:(1)纵向斜压梯度、纵向内部摩擦致混合项和底部摩擦致混合项是驱动纵向环流的主要影响因素,纵向动量的横向重新分布项次之,离心力和科氏力项的影响可忽略;(2)横向斜压梯度和内部摩擦致混合项是驱动横向环流的主要影响因素,离心力、科氏力和底部摩擦致混合项次之;(3)小、大潮期间,AD5断面上北槽弯道河口环流(?[]?)分别为6.85×10 s和7.10×10 s,而潮周期平均的纵向动量的横向重新分布项(??)分别为-2.89×10 s和-5.38×10 s,两者符号相反,因而横向环流可能通过纵向动量的横向重新分布项来减弱纵向动量,从而减弱河口环流。最后,三维有限元数学模型TELEMAC-3D的模拟与计算结果显示:(i)距离AD5横断面起点P5有1000 m,1500 m,2000 m和2500 m的位置处,计算得到的驱动横向、纵向环流的影响因素与实测资料计算得到的大体一致;(ii)三个横向断面AD3、AD5和AD6上,无论小、大潮期间,北槽弯道河口环流(?[]?)均为正值,而潮周期平均的纵向动量的横向重新分布项(??)均为负值,因而,横向环流可能通过纵向动量的横向重新分布项来减弱纵向动量,从而减弱河口环流,且大潮期间减弱河口环流的作用强于小潮的。

关键词：长江河口北槽弯道横向环流纵向环流涡度方法半拉格朗日余流 TELEMAC-3D

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