波浪对渤海水交换的影响特征及其机理研究

Study on the characteristics and mechanism of the wave on the water exchange of the Bohai Sea is helpful to understand the transport of mass and energy, as well as the evolution of the eco-environment in this area. It is also important for the coastal zone management. A number of studies have been carried out on the water exchange of the Bohai Sea. However, there still exists knowledge gap of the impact of surface wave on the water exchange of the Bohai Sea, especially for its spatial and temporal distribution. In this project, the impact of wave on the water exchange of the Bohai Sea will be investigated based on numerical models. The overall characteristics of the water exchange under the impact of surface waves of this area will be studied. The active and inactive areas will be investigated, as well as the main pathways of water transport. The seasonal and inter-annual variations will be analyzed, and the main impact factors will be discovered. The spatial and temporal distributions of the intensity of the impact of surface wave on the water exchange of the Bohai Sea will be studied, and the mechanism will be discussed based in the structure of the flow field. This study aims at improving the understanding of the characteristics and mechanism of the impact of surface wave on the water exchange of the Bohai Sea, and it will also help further improve related numerical models and enhance the model ability to simulate and even forecast the flow field and water exchange in the Bohai Sea.

深入研究渤海水交换的特征及其机理，不仅对于理解该区域的物质输运、生态环境变迁等具有重要的理论意义，而且可以为渤海生态环境的保护、海岸工程的建设，以及海岸带的管理等提供重要的科学依据。对于渤海的水交换，研究者们已经取得了卓有成效的成果，然而，有关波浪对渤海水交换影响的时空分布特征及其机理的认识还不充分。本项目拟采用以数值模拟为主的方法，在综合考虑多种主要影响因素的基础上，进一步研究波浪对渤海水交换的影响：深入分析波浪影响下渤海水交换能力的时刻分布特征，辨识出水交换的活跃区和滞缓区，明确水体输运的主要路径及通量，并揭示其季节和年际变化规律及主要影响因素；明确波浪对渤海水交换能力影响强度的时空分布，识别波浪作用显著的区域和时段；分析波浪导致的各主要因素对渤海流场结构影响，并在此基础上揭示波浪影响渤海水交换的机理。增进对渤海水交换特征和机理的认识，同时完善相应的数学模型和方法，提高模拟和预测水平。

渤海是我国的内海，沿岸港口密集、人口众多、经济活动活跃，有限的水域承载着巨大的社会和经济发展压力，海域生态环境问题受到广泛关注。渤海水动力特性决定了其环流和物质输运特征，是渤海生态环境的重要控制要素。深入研究渤海水交换特征对于海洋环境、海洋生态、海洋地质和海洋工程有至关重要的作用。学者们已经从不同的时空尺度和不同的关注角度对渤海水交换开展了大量工作，然而有关波浪对渤海水交换影响的时空分布特征及其机理的认识还不充分。本项目基于辐射应力的概念，建立了适合渤海的风浪流耦合模型，并基于观测数据和再分析数据对构建的模型进行了检验和校准。建立了高效的三维随机游动模型，用建立的模型对渤海及北黄海区域内的水体交换及有害物质的输运扩散进行了模拟和分析，相关成果已上报天津市政府有关部门。开展多方案的数值模拟，分析和总结了波浪影响下渤海水交换能力的时空分布特征，其中考虑了极端天气影响下渤海风暴潮增水的特征和机理以及围填海前后渤海水交换能力变化特征。提出了一种用于卫星遥感数据插值重构的方法，并用渤海海表温度和叶绿素a浓度的数据对方法进行了测试和评价。.本项目的研究成果对于进一步认识渤海的物质输运特征，更好地开发利用渤海海洋资源和保护渤海生态环境，具有重要的意义。