海浪对绿潮漂移的影响及其在绿潮漂移预测模型中的应用研究

Green tide disaster has become a tremendous threaten to the national economics, so research on the motion of green tide is of important meaning to its prevention. Nowadays most researches only focus on the influence of ocean current and wind on the drift of green tide without considering the effect of ocean waves. However, as a matter of fact, the Stokes drift and wave induced current both play important roles in the motion of ocean surface drifters, and the wind drag on green algae is also affected by the presence of waves. On the other hand, the shape of green algae varies during its lifetime, so it is necessary to study the rules of green algae’s drift with regard to its different characters. In this project wave tank experiments are performed to study the influence of Stokes drift and wave induced current on the drift of green tide and the wind drag on green tide in the presence of ocean waves. A green algae drift model system which employs the influences of ocean waves is developed. With the model numerical sensitive experiments are performed to study the motion of green algae under various wind, current and wave conditions. The criterion of the landing of green tide is studied to provide a reference for operational works.

近年来绿潮灾害对我国造成了较大的经济损失，对绿潮运动规律的研究具有重要意义。现有研究中一般只考虑海流和风对绿潮漂移的影响，而忽略了海浪的作用，但在实际情况中，波浪运动所引起的斯托克斯漂、波生流都会影响海表漂浮物的漂移，并且在波浪存在的情况下，风对绿潮的拖曳系数也会发生改变。另一方面，绿潮发展过程中其形态特征变化较大，研究其漂移规律时需针对不同形态进行分别讨论。因此，本课题拟利用波浪水槽设计实验，研究波浪对不同厚度、密集度的绿潮的影响机制，包括斯托克斯漂与波生流对绿潮的输运作用、波浪存在时风对绿潮的拖曳作用，并考虑这些机制，建立绿潮漂移预测模型，以弥补现有模型未考虑海浪对绿潮作用的不足。利用历史绿潮观测数据对模型进行验证，并利用模型设计敏感性实验，研究在不同风速、流速和波浪要素的情况下近岸绿潮的运动规律，以探索绿潮登陆的临界条件，为业务化预报提供参考。

近年来黄海浒苔绿潮灾害对我国造成了较大的经济损失，为了防治绿潮、掌握其影响区域，海洋预报单位需要利用数值模型预测浒苔的漂移路径和范围，该类模型一般为拉格朗日粒子追踪模型，将风速、流速乘以一定的系数转化为浒苔漂移速度，然后根据漂移速度计算漂移路径。然而对于浒苔等藻类在海面上的漂浮机理，目前国内外都缺乏相关研究，因此对于模型中风、流作用系数的选取也是经验性性的。所以，对绿潮运动规律的研究，尤其是对风、浪、流等海洋要素对于绿潮漂移作用规律的研究具有重要科学和应用意义。.基于该问题，本项目在浒苔爆发期间多次采集浒苔样本，在风浪流水槽中开展浒苔漂移实验研究。通过在水槽中制造不同级别的风速、波高和流速条件，利用两台同步摄像机拍摄浒苔的漂移情况，得到了浒苔在不同风浪流条件下的漂移速度。通过分析实验数据，得到对于浒苔漂移的风、浪、流作用系数。对于风作用系数，考虑了波浪搅拌作用对于风作用面积的影响，相对于传统的风作用系数更符合实际情况。本项目基于浪流耦合模式和拉格朗日粒子追踪模型建立了绿潮漂移预测模型，模型采用了前述实验分析得到的风、浪、流作用系数。利用模型开展绿潮登陆敏感性数值实验，分析了向岸风速、波高等要素对于绿潮登陆的影响。.通过研究，本项目获取了浒苔绿潮在不同风速、波浪和流速条件下的漂移速度数据，以及相应的风速、波面高度和流速等关键数据。得到以下结论：（1）在风浪环境中，海浪的存在会影响绿潮的受风面积，导致高风速和低风速下风速与浒苔漂移速度的线性关系不同；（2）海浪的传播对于浒苔的漂移有推动作用；（3）向岸风速是影响绿潮登陆的主要因素，其次是海浪波高。.本项目是第一次在风浪流水槽中开展浒苔漂移规律研究，相对于外海观测，实验室的风浪流条件更加可控和稳定，通过本项目研究得到的风、浪、流对浒苔漂移的作用系数普适性较强，可应用于海洋预报单位的绿潮漂移业务化预测模型中，为每年的黄海绿潮漂移预测和防控提供理论和技术支撑。