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科技進(jìn)展
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  渤海作為我國最北部的半封閉內(nèi)陸海,地理位置和環(huán)境都比較特殊,平均水深較淺,是我國生態(tài)上最脆弱的海區(qū)之一,也是我國最易受到寒潮天氣影響的海區(qū)。環(huán)渤海地區(qū)已成為我國主要的經(jīng)濟(jì)區(qū)之一,沿岸有多個重要港口,經(jīng)濟(jì)與人類活動密集,對環(huán)渤海的水動力及波浪動力過程的研究是認(rèn)知海岸帶環(huán)境過程與生態(tài)效應(yīng)的基礎(chǔ)。為此,中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所毛淼華研究員團(tuán)隊(duì)基于水動力及波浪模型,運(yùn)用數(shù)據(jù)觀測及數(shù)值模擬相結(jié)合的方式開展了相應(yīng)研究。
  雖然跨等深線水交換對近岸水動力與生物地球化學(xué)過程有重要影響,但是有關(guān)其驅(qū)動機(jī)理的研究較少,尤其是在半封閉的淺水系統(tǒng)。團(tuán)隊(duì)利用水動力模型FVCOM(Finite Volume Community Ocean Model)模擬了1998-2019年渤海非結(jié)冰期跨10米和20米等深線水交換(圖1)。研究發(fā)現(xiàn):(1)跨等深線通量在夏季最強(qiáng)、秋季最弱,并呈現(xiàn)表層離岸、底層向岸的輸運(yùn)特點(diǎn);(2)渤海灣和遼東灣的凈通量比萊州灣大一個數(shù)量級;前者的溫度梯度驅(qū)動的跨等深線體積輸送在夏季最為突出,而后者跨10米等深線的體積輸送由黃河浮力通量所產(chǎn)生的鹽度梯度引起;(3)跨10米等深線上層通量主要由風(fēng)致平流引起,而跨20米等深線次表層通量主要受斜壓梯度力影響。 

   

  圖1:1998年至2019年,渤海及渤海三個海灣內(nèi)跨(a)10米等深線及(b)20米等深線的水平平均通量的季節(jié)變化。2019年渤海三個海灣內(nèi)跨(c)10米等深線及(d)20米等深線的水平平均通量和標(biāo)準(zhǔn)誤差(水平誤差條)在不同風(fēng)場和斜壓梯度條件下的季節(jié)變化。

  在海浪研究方面,團(tuán)隊(duì)利用第三代海浪模型SWAN(Simulating Waves Nearshore)模擬了渤海海浪對兩個典型寒潮過程(2014年西北風(fēng)和2015年東北風(fēng))的響應(yīng)(圖2)。研究發(fā)現(xiàn):(1)海浪在產(chǎn)生與發(fā)展過程中,各海區(qū)的波浪譜均由風(fēng)浪主導(dǎo);(2)海浪在耗散過程中,白帽作用在渤海深水區(qū)占主導(dǎo),而底摩擦耗散在5-10米水深區(qū)域逐漸成為主導(dǎo);(3)深度誘導(dǎo)破碎引起的海浪耗散主要集中在南部近岸的一條狹長區(qū)域;隨著底部坡度變平以及底坡寬度增加,深度誘導(dǎo)的耗散有減小趨勢。

   

  圖2 渤海寒潮過程中有效波高峰值時刻(a)各海區(qū)一維波譜;(b)二維波譜及風(fēng)向波向;(c)白浪耗散、底摩擦耗散及深度誘導(dǎo)耗散占主導(dǎo)的空間量化;(d)渤海灣及萊州灣近岸白浪耗散、底摩擦耗散及深度誘導(dǎo)耗散的空間變化。

  上述研究可以加深對淺水系統(tǒng)近岸水交換機(jī)制及海浪動力過程的理解,進(jìn)而為研究近岸動力環(huán)境、物質(zhì)輸移與通量計(jì)算、海岸工程等提供理論支撐,具有重要的學(xué)術(shù)與應(yīng)用價(jià)值。本研究受國家自然科學(xué)基金、中科院BRJH項(xiàng)目、煙臺海岸帶研究所自主部署項(xiàng)目和煙臺市雙百計(jì)劃的支持。中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所牟麗穎(碩士研究生)和彭婕(博士研究生)分別為兩篇論文的第一作者。

  論文信息:

  Mou, L., Niu, Q.*, & Xia, M. (2022). The roles of wind and baroclinic processes in cross-isobath water exchange within the Bohai Sea. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 274, 107944. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2022.107944.

  Peng, J., Mao, M.*, & Xia, M. (2023). Dynamics of wave generation and dissipation processes during cold wave events in the Bohai Sea. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 280, 108161.https://doi.org/10.1016/j.ecss.2022.108161.

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