北部湾流调控下广西近海环流的结构特征及其对强迫场响应的观测与数值模拟研究

The Guangxi Beibu Gulf has rich resources whereas the dynamic research in the area is sparse. With the observation and our model results, it is indicated that a westward coastal current crossing the Guangxi Beibu Gulf has significant effect on the Guangxi coastal circulation. However, this current has never considered in the numerical model of the Guangxi coastal circulation in the past few decades. On the other hand, no paper has mentioned the responses of the Guangxi coastal circulation to the forcing factores, such as the westward coastal current, monsoon wind or river discharge. Additionally, the distribution range and seasonal variation characteristics of the near-bottom northward compensation current are still unknown by now. Therefore, one sea bed basement monitoring station will be carried out in four seasons in this subject, and a three-dimensional baroclinic Guangxi coastal circulation model will be conducted, considering the forcing factors such as river discharge, lateral boundary flux, tide and monsoon wind which is from the quad nested WRF model. Base on the observation and model results, the Guangxi coastal tidal and tidal current characteristics will be firstly analyzed, and the horizontal structure and vertical distribution charateristics of the Guangxi coastal circulation will be studied in the next. Then the seasonal variation of the Guangxi coastal circulation will be analyzed and the annual variation will be preliminarily examined in this subject. Finally, the regulation mechanism of the Guangxi coastal circulation will be discussed with the sensitive numerical experiments. In a word, the implantation of this subject is significant to the Guangxi coastal environment protection, resource development and marine ecological study.

广西近海资源丰富，但动力研究较为缺乏。实测数据和我们的数值模型结果表明穿越广西近海的西向沿岸流对广西近海环流有重要的调控作用，但过去的广西近海环流模型都未考虑北部湾流的作用。同时广西近海环流对西向沿岸流、季风、径流等强迫因子存在怎样的响应过程至今未有文献提及，而且广西近海环流近底层北向补偿流的分布范围及季节变化特征同样缺乏分析。因此本课题拟开展4个季度的1个海床基调查并构建广西近海三维斜压环流模型，充分考虑季风、径流、侧边界通量、潮汐等强迫因子，其中季风场来自于四重嵌套的WRF模型。基于观测数据和数值模型结果本课题将详细分析广西近海的潮汐与潮流特征，并系统地分析广西近海环流水平结构与垂向分布特征。同时分析广西近海环流的季节变化特征并初步探讨其年际变化特征，最后基于敏感性实验试图找出广西近海环流的调控机制。因此本课题的实施对广西近海的海洋环境保护、资源开发、海洋生态研究有重要意义。

北部湾拥有丰富的油气、矿藏、海洋能资源。而且生物资源丰富，是我国著名的渔场之一。2018年中央一号文件提出“统筹海洋渔业资源开发，科学布局近远海养殖和远洋渔业，建设现代化海洋牧场”。同时球形棕囊藻对防城港核电站冷源水口的影响促使一些科学家正在寻求其爆发机理。本课题构建了北部湾环流模型﹑广西近海环流模型﹑北部湾生态动力学模型等模型，详细分析了北部湾海洋动力学特征﹑广西近海潮汐和潮流特征﹑广西近海余流特征及其对典型强迫场响应﹑广西近海典型港湾水动力特征及对应环境变化﹑广西近海海洋生态特征。发现广西北部湾主要受正规全日潮和不正规全日潮流控制，而涠洲岛西北部和南部主要受不正规半日潮流影响，另外，涠洲岛南部和东南部的赤潮事件有可能与潮混合有关；广西北部湾的潮致余流主要为西向，在铁山港和钦州湾外部存在气旋式涡旋，在季风驱动下余流呈现明显季节性变化特征，同时地形对余流也起重要作用；通过广西北部湾的观测结果和其它港湾的数据，我们发现近20年来，我国海水和沉积物中汞、铜、镉的含量均呈现出明显的上升趋势，北部湾汞和铜的高风险性可能在很大程度上受北部湾这两种金属增加趋势的影响；根据模型结果和历史调查数据综述了北部湾环流和冷水团的季节性变化特征与形成机制；同时分析了广西近海港湾的水交换能力﹑围填海对泥沙扩散的影响以及溢油扩散影响等内容。获得的实测数据包括广西近海浮标数据、2个多参数水质仪定点观测站数据、2016-2017年中越联合调查结果、2019年钦州湾四个季节调查结果等。本课题揭示的北部湾水动力和广西近海水动力特征进一步丰富了本课题组在北部湾的研究成果，也有助于推动其它学科的发展，同时海洋生态和海洋环境的研究是为了将水动力成果应用到海洋资源开发和海洋环境保护，尤其是为防城港核电站冷源水口球形棕囊藻的移动路径和爆发机理提供动力基础，同时为今后海洋牧场的开发利用提供预警预报系统。