舟山海域水文觀測(cè)分析及其變化過(guò)程模擬-報(bào)告PPT

舟山海域水文觀測(cè)分析及其變化過(guò)程模擬匯報(bào)人：指導(dǎo)老師：Zhoushanadjacentseaareahydrologicalobservationanalysisandsimulation長(zhǎng)江口及鄰近海域海洋生物與生態(tài)野外實(shí)踐基地2015年度成果匯報(bào)前言PREFACE

長(zhǎng)江口近海作為典型的河口—近岸海洋系統(tǒng)，與人類生活密切相關(guān)，具有極高的研究?jī)r(jià)值。近年來(lái)，長(zhǎng)江口近海赤潮頻發(fā)，低氧現(xiàn)象不斷惡化，這些現(xiàn)象發(fā)生的核心區(qū)域正好受長(zhǎng)江入海徑流、沿岸流、臺(tái)灣暖流交叉影響，溫鹽結(jié)構(gòu)獨(dú)特。另外，研究海域內(nèi)的舟山漁場(chǎng)更是我國(guó)最大的魚(yú)類聚集與捕撈區(qū)，已有的研究表明，海區(qū)的溫、鹽與環(huán)流場(chǎng)的分布在很大程度上與漁場(chǎng)的分布、漁汛期的確定有著直接的關(guān)系。鑒于當(dāng)前海洋調(diào)查數(shù)據(jù)的時(shí)間和空間的局限性，僅僅對(duì)現(xiàn)有的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析無(wú)法對(duì)整個(gè)海區(qū)各物理因素長(zhǎng)期演變規(guī)律有較客觀與全面的認(rèn)識(shí)，更無(wú)法滿足人們?nèi)找嬖龆嗟慕?jīng)濟(jì)、政治、軍事等方面需求?？梢?jiàn)，在長(zhǎng)江口鄰近海域進(jìn)行實(shí)際觀測(cè)與數(shù)值模擬研究對(duì)于人們更加全面地認(rèn)識(shí)該海域的各物理要素以及正確地利用與保護(hù)海洋資源具有重要的指導(dǎo)意義。

目錄CONTENTS數(shù)值模擬NumericalSimulation02模式結(jié)果與實(shí)測(cè)對(duì)比ModelresultComparisonwithObservation03結(jié)論與展望ConclusionandProspects04水文觀測(cè)資料分析Hydrologicalobservationanalysis0101水文觀測(cè)資料分析Hydrologicalobservationanalysis01PARTTHREE看完了關(guān)于如何做科學(xué)研究的幾本書(shū)，只是覺(jué)得像喝了幾碗雞湯，然并卵罷了

水文觀測(cè)資料分析Hydrologicalobservationanalysis011.21.1大面站數(shù)據(jù)（CTD數(shù)據(jù)）分析連續(xù)站數(shù)據(jù)（ADCP數(shù)據(jù)）分析1.1.1大面站溫鹽水平分布1.1.2大面站溫鹽垂直斷面分布1.2.1A_3連續(xù)站ADCP數(shù)據(jù)1.2.2A_3站流速數(shù)據(jù)處理1.2.3A_3站周日海流準(zhǔn)調(diào)和分析41.1大面站數(shù)據(jù)（CTD數(shù)據(jù)）分析5PARTONE水文觀測(cè)資料分析Hydrologicalobservationanalysis011.1大面站數(shù)據(jù)（CTD數(shù)據(jù)）分析溫度水平分布特征：

在整個(gè)長(zhǎng)江口附近海域，夏季水體溫度在20-25℃左右，在近岸河口附近，由于水深較小，因此水體溫度較外海偏高。

對(duì)于深度在2m的溫度水平分布圖（左上），還可以發(fā)現(xiàn)在長(zhǎng)江口與杭州灣灣口南部有較為明顯的“舌”狀的分布，一部分原因和長(zhǎng)江和錢(qián)塘江的徑流有關(guān)，徑流將內(nèi)陸溫度更高的水體帶到了河口及灣口，但也有一部分與潮致余流相關(guān)，后面數(shù)值模擬將重現(xiàn)該海域的余流分布狀況，這將進(jìn)一步解釋該“暖舌”的分布狀態(tài)。6水文觀測(cè)資料分析Hydrologicalobservationanalysis011.1大面站數(shù)據(jù)（CTD數(shù)據(jù)）分析

明顯觀察到水體鹽度在近岸河口附近與外海有著較大的差異（范圍：10-35），尤其在表層附近，甚至出現(xiàn)了較為明顯的羽狀鹽度鋒面，其位置在經(jīng)度122.5°E左右，對(duì)于深度在2m的鹽度水平分布圖（左上），同樣可以發(fā)現(xiàn)“舌”狀分布，在長(zhǎng)江口的“淡水舌”，應(yīng)該便是長(zhǎng)江沖淡水，而長(zhǎng)江沖淡水的夏季典型路徑轉(zhuǎn)向情況由于站點(diǎn)設(shè)置有限，并未體現(xiàn)出來(lái)，較為可惜，在杭州灣的“淡水舌”不僅由錢(qián)塘江徑流引起，同樣后面會(huì)有進(jìn)一步解釋。鹽度水平分布特征：長(zhǎng)江徑流入海后，夏季（洪季），徑流出口門(mén)后首先向東南方向運(yùn)動(dòng)，隨后約在122°10’E—122°30’E之間，很快轉(zhuǎn)向東北濟(jì)州島方向。

（毛漢禮,甘子均,藍(lán)淑芳）7PARTONE水文觀測(cè)資料分析Hydrologicalobservationanalysis011.1大面站數(shù)據(jù)（CTD數(shù)據(jù)）分析溫度垂直斷面分布特征：

在整個(gè)長(zhǎng)江口附近海域，夏季水體溫度在20-25℃左右，長(zhǎng)江口附近海域尤其在近岸水

域（123°E以西）沒(méi)有明顯的溫躍層現(xiàn)象，但從斷面A與斷面B可以發(fā)現(xiàn)在偏外海的水域（123°E以東）溫躍層逐漸顯露，但由于站位數(shù)量設(shè)置限制，具體的溫躍層形態(tài)演變難以刻畫(huà)，較為可惜。8PARTONE水文觀測(cè)資料分析Hydrologicalobservationanalysis011.1大面站數(shù)據(jù)（CTD數(shù)據(jù)）分析鹽度垂直斷面分布特征：

在斷面A與斷面C中，都可以發(fā)現(xiàn)較為明顯的鹽度鋒面：斷面A中的鹽度鋒面主要是由長(zhǎng)江沖淡水引起，其鋒面垂直厚度可達(dá)10m左右，邊界在122.5°E附近；斷面C中的鹽度鋒面垂直厚度為5m左右，鋒面強(qiáng)度弱于斷面A，主要是由長(zhǎng)江與錢(qián)塘江的徑流量差異引起的，長(zhǎng)江多年平均年徑流量為8964億立方米，錢(qián)塘江其值則為209.5億立方米，而斷面C鋒面邊界也能達(dá)到122.5°E甚至更往東，這應(yīng)與所在海域水交換混合能力相關(guān)，在后面有進(jìn)一步解釋。PARTTHREE看完了關(guān)于如何做科學(xué)研究的幾本書(shū)，只是覺(jué)得像喝了幾碗雞湯，然并卵罷了

水文觀測(cè)資料分析Hydrologicalobservationanalysis011.21.1大面站數(shù)據(jù)（CTD數(shù)據(jù)）分析連續(xù)站數(shù)據(jù)（ADCP數(shù)據(jù)）分析1.1.1大面站溫鹽水平分布1.1.2大面站溫鹽垂直斷面分布1.2.1A_3連續(xù)站ADCP數(shù)據(jù)1.2.2A_3站流速數(shù)據(jù)處理1.2.3A_3站周日海流準(zhǔn)調(diào)和分析910水文觀測(cè)資料分析Hydrologicalobservationanalysis011.2連續(xù)站數(shù)據(jù)（ADCP數(shù)據(jù)）分析1.2.1A_3連續(xù)站ADCP數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)主要要素：流向、流速、流速東西分量、南北分量A_3站海流主要特征：1.顯著的周期性，周期為12小時(shí)左右，

該站附近海域由正規(guī)半日潮主導(dǎo)；2.中上層海流垂直分布較為均一，說(shuō)明

該站附近海域有較好的正壓性；3.底部可能存在泥沙膠狀沉積，厚度在

5m左右，使該層結(jié)內(nèi)海水滯留；4.中上層海流流向以大約120°與300°

交替變化，說(shuō)明呈現(xiàn)往復(fù)流性質(zhì)，且流速東分量大于北分量；5.流向切換時(shí)（即轉(zhuǎn)流過(guò)程），流速明

顯變小，基本為0。11水文觀測(cè)資料分析Hydrologicalobservationanalysis011.2連續(xù)站數(shù)據(jù)（ADCP數(shù)據(jù)）分析表層中層底層1.2.2A_3站流速數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理過(guò)程：1.分層（各站因水深而異）：表層4-7m，中層12-15m，底層20-23m2.每層垂向平均，將二維變?yōu)橐痪S時(shí)間

序列；3.濾波平滑去噪聲；4.逐時(shí)平均，使每個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)一個(gè)流速。5.其他站位也做同樣數(shù)據(jù)處理，得到表、中、底層海流每小時(shí)平均量值；12水文觀測(cè)資料分析Hydrologicalobservationanalysis011.2連續(xù)站數(shù)據(jù)（ADCP數(shù)據(jù)）分析1.2.3A_3站周日海流準(zhǔn)調(diào)和分析

經(jīng)過(guò)

A_3站流速數(shù)據(jù)的處理，得到了表、中、底層的每小時(shí)平均觀測(cè)海流數(shù)據(jù)，由于是周日觀測(cè)，資料時(shí)間序列比較短，通過(guò)引入差比關(guān)系（在此次準(zhǔn)調(diào)和分析中，將應(yīng)用舟山海域的差比關(guān)系：HK1/HO1=1.59，gK1-gO1=45;HS2/HM2=0.43，gS2-gM2=46;HMS4/HM4=0.86，

gMS4-gM4=46），可對(duì)上述海流觀測(cè)資料進(jìn)行潮流的準(zhǔn)調(diào)和分析，獲得每個(gè)站位每層的O1，K1，M2，S2，M4，MS4等4個(gè)主要分潮和2個(gè)淺水分潮的調(diào)和常數(shù)和觀測(cè)期間的余流值，并進(jìn)行結(jié)果的回報(bào)，判斷準(zhǔn)調(diào)和分析是否準(zhǔn)確，然后計(jì)算橢圓要素并繪制潮流橢圓。水層分量潮流調(diào)和常數(shù)余流H

O1gO1H

K1gK1H

M2gM2H

S2gS2H

M4gM4HMS4gMS4

（cm/s）表層北325753024625620302132001124610東52476958652511163475330中層北312457372301627610222926813東238383605326993325311-2底層北12441289182228268517052166東161210630451391625571-5注：H表示振幅，單位為cm；g表示遲角，單位為°

水層

分潮潮流橢圓要素潮流性質(zhì)最大流速W（cm/s）最小流速w（cm/s）橢圓率k

最大流發(fā)生時(shí)刻τ（時(shí)）最大流方向Θ（°）

表層O15.182.39-0.462.9149

0.18K18.243.79-0.465.6149M273.647.28-0.102.4142S231.673.13-0.103.8142M414.113.13-0.220.2113MS412.132.69-0.221.0113

中層O13.090.65-0.211.459

0.11K14.921.03-0.214.359M270.511.620.021.8148S230.320.690.023.3148M410.252.93-0.290.794MS48.822.52-0.291.594

底層O11.560.04-0.024.4154

0.11K12.480.06-0.027.1154M235.170.860.021.5149S215.120.370.023.0149M47.882.430.310.2140MS46.782.090.311.0140目錄CONTENTS水文觀測(cè)資料分析Hydrologicalobservationanalysis01數(shù)值模擬NumericalSimulation模式結(jié)果與實(shí)測(cè)對(duì)比ModelresultComparisonwithObservation03結(jié)論與展望ConclusionandProspects04022.1潮汐模擬結(jié)果2.2潮流模擬結(jié)果2.3余流模擬結(jié)果2.0模式配置簡(jiǎn)介14數(shù)值模擬NumericalSimulation02FVCOM模式配置計(jì)算區(qū)域范圍：經(jīng)度：120.315°E-124.133°E緯度：28.458°N-32.999°N網(wǎng)格信息：33042個(gè)三角計(jì)算單元17329個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)107個(gè)開(kāi)邊界節(jié)點(diǎn)模式初始場(chǎng)及強(qiáng)迫：初始水位和初始速度場(chǎng)均為08大分潮邊界水位驅(qū)動(dòng)考慮長(zhǎng)江（38580m3/s）、

錢(qián)塘江（1468m3/s）徑流海表面風(fēng)場(chǎng)：NCEP6小時(shí)再分析資料模擬時(shí)間：2015年6月1日-8月31日2.0模式配置簡(jiǎn)介計(jì)算網(wǎng)格15數(shù)值模擬NumericalSimulation022.1潮汐模擬結(jié)果

整個(gè)研究海域主要受東海前進(jìn)潮波和黃海旋轉(zhuǎn)潮波影響：

半日分潮M2、S2主要受東海前進(jìn)潮波影響，潮波自研究海域東南部傳入，按逆時(shí)針?lè)较騻鞑サ桨督纾?/p>

全日分潮K1、O1主要受黃海旋轉(zhuǎn)潮波的影響，這是因?yàn)樵?4°N附近存在K1、O1全日分潮的無(wú)潮點(diǎn)，在無(wú)潮點(diǎn)區(qū)域，同潮時(shí)線以無(wú)潮點(diǎn)為中心呈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，等振幅線以無(wú)潮點(diǎn)為中心向四周逐漸增大，均與圖中相符。特征簡(jiǎn)述：16PARTONE數(shù)值模擬NumericalSimulation022.2潮流模擬結(jié)果

四大分潮均以順指針（紅色）旋轉(zhuǎn)為主，且半日潮占主導(dǎo)地位。半日分潮的潮流橢圓長(zhǎng)軸方向主要為西北-東南，全日分潮的潮流橢圓長(zhǎng)軸方向在31°N以南，主要為西南-東北，在31°N以北，主要為南北方向。

在近岸處，受岸線及地形影響，四大分潮都主要表現(xiàn)為往復(fù)潮流的性質(zhì)。在開(kāi)闊海域，則主要表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)潮流的性質(zhì)，并且，半日分潮的旋轉(zhuǎn)性要大于全日分潮。特征簡(jiǎn)述：17數(shù)值模擬NumericalSimulation022.3余流模擬結(jié)果

歐拉余流通常被用來(lái)衡量海域的海水交換能力。而海域的海水交換能力與該海域的泥沙、污染物等輸運(yùn)密切相關(guān)。所以研究海域的余流分布很有意義。穩(wěn)定的潮流場(chǎng)的歐拉余流計(jì)算公式：其中τ為潮周期，為與實(shí)測(cè)資料做對(duì)比分析，便將積分時(shí)間選取在7月14日12時(shí)至7月15日13時(shí)，取τ=25（半日分潮與全日分潮潮周期的最小公倍數(shù)），計(jì)算研究海域的歐拉余流。

在長(zhǎng)江口，余流主要由徑流引起，且南支的余流明顯大于北支，這與長(zhǎng)江主要在崇明島南部入海相關(guān)。在杭州灣灣口，復(fù)雜的海島地形使得該區(qū)域（尤其南部）余流量值較大，主要是由地形引起的潮致余流，且多呈現(xiàn)渦旋現(xiàn)象，這將極大地提升所在海域水交換混合能力，在后面與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比時(shí)便能體現(xiàn)。特征簡(jiǎn)述：目錄CONTENTS水文觀測(cè)資料分析Hydrologicalobservationanalysis01數(shù)值模擬NumericalSimulation02模式結(jié)果與實(shí)測(cè)對(duì)比ModelresultComparisonwithObservation結(jié)論與展望ConclusionandProspects04033.1溫鹽分布與模式余流對(duì)比3.2實(shí)測(cè)海流與模式潮流對(duì)比19模式結(jié)果與實(shí)測(cè)對(duì)比ModelresultComparisonwithObservation033.1溫鹽分布與模式余流對(duì)比對(duì)比結(jié)果簡(jiǎn)述：

長(zhǎng)江沖淡水，徑流出口門(mén)后首先向東南方向運(yùn)動(dòng)，這與長(zhǎng)江口附近歐拉余流流場(chǎng)相符合，而之后的典型轉(zhuǎn)向路徑并未在余流場(chǎng)中體現(xiàn)出來(lái)，主要是模式自身的限制：未考慮臺(tái)灣暖流，黃海冷水團(tuán)，黑潮等等路徑影響因素。杭州灣灣口南部由于地形造成潮致余流較大，水混合交換能力明顯增強(qiáng)，因此會(huì)在杭州灣灣口南部出現(xiàn)與長(zhǎng)江口水平規(guī)模相似的“暖水舌”與“淡水舌”，而水團(tuán)垂直規(guī)模由于徑流量差異還是會(huì)小于長(zhǎng)江口。20模式結(jié)果與實(shí)測(cè)對(duì)比ModelresultComparisonwithObservation033.2實(shí)測(cè)海流與模式潮流對(duì)比

為了將實(shí)測(cè)海流數(shù)據(jù)與模式潮流相對(duì)比，我們把連續(xù)站表層的M2分潮潮流橢圓繪制到模式結(jié)果中。

可以發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)與模擬結(jié)果基本上相吻合：越往外海，潮流旋轉(zhuǎn)性越強(qiáng)；越往杭州灣口，潮流往復(fù)性越強(qiáng)，且在灣外島群周?chē)–_3站附近），潮流強(qiáng)度及往復(fù)性更加強(qiáng)烈。

通過(guò)將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模式數(shù)據(jù)相對(duì)比，相互驗(yàn)證了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)比結(jié)果簡(jiǎn)述：目錄CONTENTS水文觀測(cè)資料分析Hydrologicalobservationanalysis01數(shù)值模擬NumericalSimulation02模式結(jié)果與實(shí)測(cè)對(duì)比ModelresultComparisonwithObservation03結(jié)論與展望ConclusionandProspects水文觀測(cè)資料分析Hydrologicalobservationanalysis010422結(jié)論與展望ConclusionandProspects04通過(guò)將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模式結(jié)果相對(duì)比分析驗(yàn)證，基本確認(rèn)本次舟山海域水文觀測(cè)的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，質(zhì)量較好，也可以認(rèn)為模式在一定程度上正確模擬了調(diào)查海域在夏季的水動(dòng)力過(guò)程，從而綜合實(shí)測(cè)與模式結(jié)果可以得出以下結(jié)論：1溫度：夏季調(diào)查海域（長(zhǎng)江口附近）表層水溫約在22-25℃之間，在長(zhǎng)江口門(mén)處與杭州

灣

口南部水溫局部偏高，整個(gè)水體溫度在20-25℃之間，越靠近內(nèi)陸水溫越高，在近海

溫躍層現(xiàn)象不明顯，往外海溫躍層逐漸顯現(xiàn)；2鹽度：夏季調(diào)查海域