极端天气事件下南黄海西部海域泥沙输运机制研究

Western of South Yellow Sea has complex sediment transport with obvious seasonal variation. Most previous studies investigated the climatologically suspended sediment concentration using numerical method, however, there are barely any study on the sediment transport process at the weather event scale. Usually, the sediment transport flux under extreme weather is far larger than that under calm weather, and leads to the most severe coastal engineering disasters. Therefore, study on the sediment transport under extreme weather is highly significant in both academic research and engineering practice. This study will investigate the sediment transport mechanism under extreme weather based on long term field observation system, remote sensing and numerical method. The long term field observation station can capture the current, wave and sediment concentration during extreme weather period, which are very hard to get in traditional cruise survey. Combined with the remote sensing analysis, an enhanced 3D hydrodynamic-sediment model under extreme weather will be built and validated in order to better represent the physical processes during extreme weather, which will consider the effect of liquefaction on the sediment transportation and the effect of high sediment stratification on the flow structure. Then scenario-based numerical experiments will be carried out to investigate the sediment transport mechanism and its factors under different extreme weather conditions, which is essential for marine environment forecast, disaster preparedness and harbor stability.

南黄海西部海域泥沙输运复杂，季节变化明显，目前已有的研究大多利用数值模拟等手段研究月平均气候态的悬浮体浓度分布，缺乏极端天气过程中的精细研究。而往往极端天气引起的泥沙运动远远高于平常天气，引起的海岸工程灾害最为严重，因此，研究极端天气事件下的泥沙输运过程在学术和实际工程应用中都有重要价值。本课题将采用固定观测系统、卫星遥感与海洋沉积动力数值模拟相结合的方法，对极端天气事件下南黄海西部海域泥沙输运机制开展研究。通过利用原位观测系统对极端天气过程中沉积动力过程的连续观测，弥补了调查船缺乏大风期间测量的不足，结合遥感资料分析，改进泥沙模型，再现极端天气事件下的物理过程，考虑粉土液化对泥沙输运的影响以及高浓度泥沙层化对水流结构的影响，构建并验证适用于极端天气事件的水动力泥沙三维数值模型，探讨不同极端天气下泥沙输运机制以及影响因素，为海洋环境预报、防灾减损和港口航道的稳定性等提供理论基础和预报工具。

南黄海中西部海域水动力条件复杂，季节变化明显，但极端天气下水动力变化和泥沙输运机制尚不明确。本项目结合长期固定观测站的实测资料与海洋沉积动力数值模拟相结合的方法，对大风条件下南黄海中西部水动力和泥沙输运机制展开了研究。研究认为：.长期固定观测站的实测资料表明在在冬季大风期间，波高明显增大，表层和底层悬沙浓度显著增大，垂向混合加强，表层海水温度下降较快，底层海水温度缓慢下降，受大风影响，出现增水现象，潮流余流速明显增大；在夏季台风期间，表层海水温度下降，底层海水温度上升，垂向混合加强，出现增水现象。.影响南黄海西部海域的台风按路径分为：正面登陆型、外海活动型、登陆北上型。研究结果表明正面登陆型台风发生概率小，但造成的增水较大。登陆北上型台风是三类台风中发生概率最大的台风类型且造成的增水也是较大的一类。从空间分布上来看，各类台风灾引起的增水在辐射沙洲海区最大，向北减小。.改进的南黄海西部水动力模型耦合了波浪模块、底边界层模块、泥沙模块，能够较好的反映极端天气下水动力变化过程，可以用来研究水沙动力对大风事件的响应。在冬季大风事件中，增水明显，波高因水深增大而增大，破碎波影响区域也随之扩大并向岸上移，南黄海西部存在老黄河口水下三角洲这个重要物源，在大风波流共同作用下短时间会受到高强度侵蚀，粉土液化，产生大量再悬浮泥沙，水体含沙量急剧增高，泥沙运动异常活跃，再悬浮泥沙在潮流余流和环流作用下向海输运，沉积物向海输运通量大大增加，对沉积物跨陆架输运意义重大。.项目共发表SCI/EI期刊论文4篇，项目开展了广泛的国际国内学术交流工作，项目成员参加国际/国内会议4次，做大会口头/展板报告3次。本项目提升了中青年的研究水平，培养了人才，其中项目主持人晋升副教授/硕导，项目成员1人晋升副教授，1名项目成员赴美国攻读博士学位，培养学生2名。.本项目为江苏沿海地带的海洋环境预报和防灾减损等方面提供理论基础和预报工具。