潮混合不对称在河口动力过程中的作用

Recent studies have recognized that the asymmetry of tidal mixing between flood and ebb (i.e. asymmetric tidal mixing) is an essential mechanism generating residual currents. However, the previous studies neglected lateral processes and Coriolis force, and relied on idealized numerical experiments. Also, those results have not been examined by field observations. This proposed study will concentrate on "wide" estuaries in which lateral processes and Coriolis force are important, and select a macro-tidal estuary - - the Jiulong River estuary that is located in Fujian Province as the study site. The planned research will measure currents, salinities, temperatures and turbulence in tidal and fortnight time scales at a transverse section through shipboard and mooring surveys, and will conduct process-oriental numerical experiments and realistic numerical simulations of the Jiulong River estuary. The main objectives are to explore the mechanisms creating asymmetric tidal mixing, to examine the characteristics and relative importance of asymmetric-tidal-mixing-induced residual flow, and to quantify the contribution of asymmetric tidal mixing in estuarine salt transport. It is expected that this study would help to improve the understanding of estuarine dynamics.

最近的研究进展表明潮混合在涨、落潮期间的不对称（即潮混合不对称）也是河口环流的重要形成机制。然而，已有的研究忽略了横向过程和科氏力的作用，其结论只适用于"窄"的河口，同时这些研究的结论还没有得到现场观测和真实河口数值模拟的检验。本项研究将着重于横向过程和科氏力起重要作用的"宽"的河口，选择一个强潮河口（即福建省九龙江河口）作为研究地点，通过走航式和潜标观测获取九龙江河口一个横断面在一个大、小潮期间的流场、温盐场和湍流信息,使用ROMS模式进行基于机理研究的数值实验和九龙江河口水动力过程的多年模拟,系统地阐明潮混合不对称的形成机制，潮混合不对称生成的余流的特征及其在河口环流中的相对重要性，以及潮混合不对称在河口盐输运过程中的作用。本项目的研究结果将有助于发展和完善河口动力学的基本理论。

最近的研究表明湍流混合在涨、落潮期间的不对称（即潮混合不对称）也是河口环流的重要形成机制，然而以往研究多基于解析模式或理想化的数值实验，其结果尚未在真实河口中得到验证。本项研究选择福建省九龙江河口作为研究地点，运用观测和数值模拟相结合的方法，研究了潮混合不对称的形成机制，潮混合不对称余流的特征和在河口环流中的相对重要性以及在盐输运中的作用。项目研究取得了如下认识：. 1. 通过多船同步定点观测，获得温、盐、流的时间序列，对座底ADCP流速数据，运用方差方法计算得到了垂向涡粘性系数，结果表明在观测期间，存在着典型的潮混合不对称（即湍流混合在涨潮强于落潮）。用河口余流分解方法得到的潮不对称余流具有和密度流（即沿河道密度梯度驱动的余流）相似的两层结构，其大小远大于密度流，是河口环流的主要组成部分。这是首次用观测得到了潮混合不对称余流并支持了以往的理论研究结果。. 2. 数值模拟的结果显示九龙江河口的潮混合不对称存在着空间上和大小潮时间上的差异。在最大浑浊带区，大潮期间为典型的潮混合不对称，而在小潮期间为反向的潮混合不对称。在河口的中下游区域，大、小潮期间都是典型的潮混合不对称。. 3. 重力势能异常分析得出潮汐拉伸是产生典型潮混合不对称的主要机制，而在小潮期间的最大浑浊带，淡水主导时期的潮流流速不对称是产生反向潮混合不对称的主要原因。这一结果也进一步表明，在没有层化的潮汐海湾，潮流不对称能够通过混合不对称产生余流，从而影响物质输运。. 4. 运用诊断横向涡量方程的方法，证明了垂向混合是导致流速垂向剪切不称从而产生余流的机制，而平流过程起着相反作用。. 5. 潮混合不对称余流是河口环流的主要组成，且具有大、小潮变化，通常在大潮期间强于小潮。典型的潮混合不对称产生的余流表层向海，底层向陆，而反向的潮混合不对称余流则具有相反的两层结构。..6. 潮混合不对称余流产生的盐通量在大潮向陆，小潮向海，年平均的盐通量基本上向陆输送。