舟山海域水文观测分析及其变化过程模拟-报告PPT

舟山海域水文观测分析及其变化过程模拟汇报人：指导老师：Zhoushanadjacentseaareahydrologicalobservationanalysisandsimulation长江口及邻近海域海洋生物与生态野外实践基地2015年度成果汇报前言PREFACE

长江口近海作为典型的河口—近岸海洋系统，与人类生活密切相关，具有极高的研究价值。近年来，长江口近海赤潮频发，低氧现象不断恶化，这些现象发生的核心区域正好受长江入海径流、沿岸流、台湾暖流交叉影响，温盐结构独特。另外，研究海域内的舟山渔场更是我国最大的鱼类聚集与捕捞区，已有的研究表明，海区的温、盐与环流场的分布在很大程度上与渔场的分布、渔汛期的确定有着直接的关系。鉴于当前海洋调查数据的时间和空间的局限性，仅仅对现有的观测数据进行分析无法对整个海区各物理因素长期演变规律有较客观与全面的认识，更无法满足人们日益增多的经济、政治、军事等方面需求。可见，在长江口邻近海域进行实际观测与数值模拟研究对于人们更加全面地认识该海域的各物理要素以及正确地利用与保护海洋资源具有重要的指导意义。

目录CONTENTS数值模拟NumericalSimulation02模式结果与实测对比ModelresultComparisonwithObservation03结论与展望ConclusionandProspects04水文观测资料分析Hydrologicalobservationanalysis0101水文观测资料分析Hydrologicalobservationanalysis01PARTTHREE看完了关于如何做科学研究的几本书，只是觉得像喝了几碗鸡汤，然并卵罢了

水文观测资料分析Hydrologicalobservationanalysis011.21.1大面站数据（CTD数据）分析连续站数据（ADCP数据）分析1.1.1大面站温盐水平分布1.1.2大面站温盐垂直断面分布1.2.1A_3连续站ADCP数据1.2.2A_3站流速数据处理1.2.3A_3站周日海流准调和分析41.1大面站数据（CTD数据）分析5PARTONE水文观测资料分析Hydrologicalobservationanalysis011.1大面站数据（CTD数据）分析温度水平分布特征：

在整个长江口附近海域，夏季水体温度在20-25℃左右，在近岸河口附近，由于水深较小，因此水体温度较外海偏高。

对于深度在2m的温度水平分布图（左上），还可以发现在长江口与杭州湾湾口南部有较为明显的“舌”状的分布，一部分原因和长江和钱塘江的径流有关，径流将内陆温度更高的水体带到了河口及湾口，但也有一部分与潮致余流相关，后面数值模拟将重现该海域的余流分布状况，这将进一步解释该“暖舌”的分布状态。6水文观测资料分析Hydrologicalobservationanalysis011.1大面站数据（CTD数据）分析

明显观察到水体盐度在近岸河口附近与外海有着较大的差异（范围：10-35），尤其在表层附近，甚至出现了较为明显的羽状盐度锋面，其位置在经度122.5°E左右，对于深度在2m的盐度水平分布图（左上），同样可以发现“舌”状分布，在长江口的“淡水舌”，应该便是长江冲淡水，而长江冲淡水的夏季典型路径转向情况由于站点设置有限，并未体现出来，较为可惜，在杭州湾的“淡水舌”不仅由钱塘江径流引起，同样后面会有进一步解释。盐度水平分布特征：长江径流入海后，夏季（洪季），径流出口门后首先向东南方向运动，随后约在122°10’E—122°30’E之间，很快转向东北济州岛方向。

（毛汉礼,甘子均,蓝淑芳）7PARTONE水文观测资料分析Hydrologicalobservationanalysis011.1大面站数据（CTD数据）分析温度垂直断面分布特征：

在整个长江口附近海域，夏季水体温度在20-25℃左右，长江口附近海域尤其在近岸水

域（123°E以西）没有明显的温跃层现象，但从断面A与断面B可以发现在偏外海的水域（123°E以东）温跃层逐渐显露，但由于站位数量设置限制，具体的温跃层形态演变难以刻画，较为可惜。8PARTONE水文观测资料分析Hydrologicalobservationanalysis011.1大面站数据（CTD数据）分析盐度垂直断面分布特征：

在断面A与断面C中，都可以发现较为明显的盐度锋面：断面A中的盐度锋面主要是由长江冲淡水引起，其锋面垂直厚度可达10m左右，边界在122.5°E附近；断面C中的盐度锋面垂直厚度为5m左右，锋面强度弱于断面A，主要是由长江与钱塘江的径流量差异引起的，长江多年平均年径流量为8964亿立方米，钱塘江其值则为209.5亿立方米，而断面C锋面边界也能达到122.5°E甚至更往东，这应与所在海域水交换混合能力相关，在后面有进一步解释。PARTTHREE看完了关于如何做科学研究的几本书，只是觉得像喝了几碗鸡汤，然并卵罢了

水文观测资料分析Hydrologicalobservationanalysis011.21.1大面站数据（CTD数据）分析连续站数据（ADCP数据）分析1.1.1大面站温盐水平分布1.1.2大面站温盐垂直断面分布1.2.1A_3连续站ADCP数据1.2.2A_3站流速数据处理1.2.3A_3站周日海流准调和分析910水文观测资料分析Hydrologicalobservationanalysis011.2连续站数据（ADCP数据）分析1.2.1A_3连续站ADCP数据数据主要要素：流向、流速、流速东西分量、南北分量A_3站海流主要特征：1.显著的周期性，周期为12小时左右，

该站附近海域由正规半日潮主导；2.中上层海流垂直分布较为均一，说明

该站附近海域有较好的正压性；3.底部可能存在泥沙胶状沉积，厚度在

5m左右，使该层结内海水滞留；4.中上层海流流向以大约120°与300°

交替变化，说明呈现往复流性质，且流速东分量大于北分量；5.流向切换时（即转流过程），流速明

显变小，基本为0。11水文观测资料分析Hydrologicalobservationanalysis011.2连续站数据（ADCP数据）分析表层中层底层1.2.2A_3站流速数据处理数据处理过程：1.分层（各站因水深而异）：表层4-7m，中层12-15m，底层20-23m2.每层垂向平均，将二维变为一维时间

序列；3.滤波平滑去噪声；4.逐时平均，使每个时刻对应一个流速。5.其他站位也做同样数据处理，得到表、中、底层海流每小时平均量值；12水文观测资料分析Hydrologicalobservationanalysis011.2连续站数据（ADCP数据）分析1.2.3A_3站周日海流准调和分析

经过

A_3站流速数据的处理，得到了表、中、底层的每小时平均观测海流数据，由于是周日观测，资料时间序列比较短，通过引入差比关系（在此次准调和分析中，将应用舟山海域的差比关系：HK1/HO1=1.59，gK1-gO1=45;HS2/HM2=0.43，gS2-gM2=46;HMS4/HM4=0.86，

gMS4-gM4=46），可对上述海流观测资料进行潮流的准调和分析，获得每个站位每层的O1，K1，M2，S2，M4，MS4等4个主要分潮和2个浅水分潮的调和常数和观测期间的余流值，并进行结果的回报，判断准调和分析是否准确，然后计算椭圆要素并绘制潮流椭圆。水层分量潮流调和常数余流H

O1gO1H

K1gK1H

M2gM2H

S2gS2H

M4gM4HMS4gMS4

（cm/s）表层北325753024625620302132001124610东52476958652511163475330中层北312457372301627610222926813东238383605326993325311-2底层北12441289182228268517052166东161210630451391625571-5注：H表示振幅，单位为cm；g表示迟角，单位为°

水层

分潮潮流椭圆要素潮流性质最大流速W（cm/s）最小流速w（cm/s）椭圆率k

最大流发生时刻τ（时）最大流方向Θ（°）

表层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

中层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

底层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目录CONTENTS水文观测资料分析Hydrologicalobservationanalysis01数值模拟NumericalSimulation模式结果与实测对比ModelresultComparisonwithObservation03结论与展望ConclusionandProspects04022.1潮汐模拟结果2.2潮流模拟结果2.3余流模拟结果2.0模式配置简介14数值模拟NumericalSimulation02FVCOM模式配置计算区域范围：经度：120.315°E-124.133°E纬度：28.458°N-32.999°N网格信息：33042个三角计算单元17329个计算节点107个开边界节点模式初始场及强迫：初始水位和初始速度场均为08大分潮边界水位驱动考虑长江（38580m3/s）、

钱塘江（1468m3/s）径流海表面风场：NCEP6小时再分析资料模拟时间：2015年6月1日-8月31日2.0模式配置简介计算网格15数值模拟NumericalSimulation022.1潮汐模拟结果

整个研究海域主要受东海前进潮波和黄海旋转潮波影响：

半日分潮M2、S2主要受东海前进潮波影响，潮波自研究海域东南部传入，按逆时针方向传播到岸界；

全日分潮K1、O1主要受黄海旋转潮波的影响，这是因为在34°N附近存在K1、O1全日分潮的无潮点，在无潮点区域，同潮时线以无潮点为中心呈逆时针旋转，等振幅线以无潮点为中心向四周逐渐增大，均与图中相符。特征简述：16PARTONE数值模拟NumericalSimulation022.2潮流模拟结果

四大分潮均以顺指针（红色）旋转为主，且半日潮占主导地位。半日分潮的潮流椭圆长轴方向主要为西北-东南，全日分潮的潮流椭圆长轴方向在31°N以南，主要为西南-东北，在31°N以北，主要为南北方向。

在近岸处，受岸线及地形影响，四大分潮都主要表现为往复潮流的性质。在开阔海域，则主要表现为旋转潮流的性质，并且，半日分潮的旋转性要大于全日分潮。特征简述：17数值模拟NumericalSimulation022.3余流模拟结果

欧拉余流通常被用来衡量海域的海水交换能力。而海域的海水交换能力与该海域的泥沙、污染物等输运密切相关。所以研究海域的余流分布很有意义。稳定的潮流场的欧拉余流计算公式：其中τ为潮周期，为与实测资料做对比分析，便将积分时间选取在7月14日12时至7月15日13时，取τ=25（半日分潮与全日分潮潮周期的最小公倍数），计算研究海域的欧拉余流。

在长江口，余流主要由径流引起，且南支的余流明显大于北支，这与长江主要在崇明岛南部入海相关。在杭州湾湾口，复杂的海岛地形使得该区域（尤其南部）余流量值较大，主要是由地形引起的潮致余流，且多呈现涡旋现象，这将极大地提升所在海域水交换混合能力，在后面与实测数据进行对比时便能体现。特征简述：目录CONTENTS水文观测资料分析Hydrologicalobservationanalysis01数值模拟NumericalSimulation02模式结果与实测对比ModelresultComparisonwithObservation结论与展望ConclusionandProspects04033.1温盐分布与模式余流对比3.2实测海流与模式潮流对比19模式结果与实测对比ModelresultComparisonwithObservation033.1温盐分布与模式余流对比对比结果简述：

长江冲淡水，径流出口门后首先向东南方向运动，这与长江口附近欧拉余流流场相符合，而之后的典型转向路径并未在余流场中体现出来，主要是模式自身的限制：未考虑台湾暖流，黄海冷水团，黑潮等等路径影响因素。杭州湾湾口南部由于地形造成潮致余流较大，水混合交换能力明显增强，因此会在杭州湾湾口南部出现与长江口水平规模相似的“暖水舌”与“淡水舌”，而水团垂直规模由于径流量差异还是会小于长江口。20模式结果与实测对比ModelresultComparisonwithObservation033.2实测海流与模式潮流对比

为了将实测海流数据与模式潮流相对比，我们把连续站表层的M2分潮潮流椭圆绘制到模式结果中。

可以发现实测与模拟结果基本上相吻合：越往外海，潮流旋转性越强；越往杭州湾口，潮流往复性越强，且在湾外岛群周围（C_3站附近），潮流强度及往复性更加强烈。

通过将实测数据与模式数据相对比，相互验证了分析结果的准确性。对比结果简述：目录CONTENTS水文观测资料分析Hydrologicalobservationanalysis01数值模拟NumericalSimulation02模式结果与实测对比ModelresultComparisonwithObservation03结论与展望ConclusionandProspects水文观测资料分析Hydrologicalobservationanalysis010422结论与展望ConclusionandProspects04通过将实测数据与模式结果相对比分析验证，基本确认本次舟山海域水文观测的数据真实可靠，质量较好，也可以认为模式在一定程度上正确模拟了调查海域在夏季的水动力过程，从而综合实测与模式结果可以得出以下结论：1温度：夏季调查海域（长江口附近）表层水温约在22-25℃之间，在长江口门处与杭州

湾

口南部水温局部偏高，整个水体温度在20-25℃之间，越靠近内陆水温越高，在近海

温跃层现象不明显，往外海温跃层逐渐显现；2盐度：夏季调查海域