渤海多源水龄和水龄谱数值研究

为定量研究海洋流场的环境功能，通常使用"水龄"等辅助变量来表征海水交换过程的时间尺度。已有的近海水龄研究大多针对某一特定来源水体（如入海河流水）的平均年龄。但近海水体的来源往往不是单一的，要想全面理解某海域的海水交换问题，不仅要厘清各个水源的水龄，还要理解不同水源相互影响下的"多源"水龄问题。扩散过程会导致同一水团内的同源流体微粒具有不同的水龄，因此有必要使用"水龄谱"来定量描述水龄构成的频率分布。在青年基金的资助下，申请团队开展了黄河水（单源）在渤海的水龄分布研究；在其基础上，本项目根据CART理论建立渤海多源水龄和水龄谱数值模型，研究渤海的外海水（即黄海水）、降水及周边主要入海河流水的水龄和水龄谱空间分布与季节变化。通过数值试验，分析潮、风、浮力通量、地形等因子对水龄和水龄谱的时空结构的影响，以期查明关键动力过程，为理解气候变化和典型人类活动对渤海水交换的影响奠定基础。

本项目根据CART理论建立渤海多源水龄和水龄谱数值模型，研究入海河流水、降水和外海水（即黄海水）在渤海中水龄和水龄谱时空分布，并查明潮、风、斜压的影响。. 模型结果表明，河流水、降水和外海水分别占渤海全部水体体积的12.3%、10.5%和77.2%。渤海水、河流水、降水和外海水在渤海中的体积年平均水龄分别为4.96年、3.48年、3.48年和5.39年。河流水水龄显示在各河口附近最小，随着与河口距离的增大，水龄逐渐增大。降水水龄在渤海海峡处最大，随着与海峡距离的增大水龄逐渐减小。外海水水龄在渤海海峡处最小，随着与渤海海峡距离的增加，外海水水龄逐渐增大。随着季节性跃层的出现，河流水、降水和外海水在垂向上出现跃层，即随着深度的增加，河流水和降水水龄增加；外海水水龄减小。各水源间的相互作用对渤海水龄产生一定的影响。例如，河流水的存在可使渤海水水龄减小22%，使降水和外海水在渤海中的水龄减小19%和18%。. 渤海水龄谱模型结果显示，黄河河口处，水龄为1-6月的频率最大，因为黄河河口处是黄河冲淡水的释放位置，故水龄较小的冲淡水所占的比重较大；水龄为11-18月和23-31月的频率也比较明显，说明有较大水龄的黄河河口外的冲淡水可以重新返回到黄河河口区。渤海海峡处，水龄为11-20月的频率最大，水龄为1-7月和23-31月的频率也非常明显，说明有较大水龄的冲淡水到达渤海海峡处。. 河流水、降水和外海水在渤海内水龄的季节变化主要由渤海环流的季节变化造成。无潮时，渤海水在渤海中的水龄明显减小，比例达55%以上，且垂向平均水龄分布特征也发生很大改变。潮对渤海水水龄的影响主要通过外海水来体现。无风时，渤海水在渤海中的水龄显著增加，比例达30%以上，但垂向平均水龄分布特征没有发生显著变化。无温盐跃层时，渤海水在渤海中的水龄稍微增加，增加比例仅达3%。无温盐跃层时，水龄大小和空间分布形态均没有明显改变。