坦帕湾海洋环境动力诊断和海水滞留时间的研究

【摘要】本文采用有限体积方法、非结构网格和基于原始方程的近岸海洋模式FVCOM，建立了适用于坦帕湾的三维斜压高分辨率数值模型。为了较准确地模拟重要物质输运通道（如航道、口门、桥洞、河道以及相邻的水道）对坦帕湾水动力和水交换的影响，模型设计网格大幅提高了在这些部分的分辨率（最高分辨率达20m）。通过较为满意的观测与模拟资料的对比以及相对于之前的坦帕湾模拟结果的改进，作者对所建立模型的合理性进行了验证。基于已经建立的坦帕湾高分辨率数值模型，论文以2001年秋季为例，首先模拟分析了坦帕湾的环流特性。主要包括坦帕湾在潮汐和河流，以及潮汐、河流和风两种作用情况下的潮特性，如潮位和潮流，以及非潮特性，如非潮水位（non-tidalelevation）、非潮流场（non-tidalcurrent）、非潮盐度场（non-tidalsalinity）等的分布。论文总结了坦帕湾潮特性的相关规律，分析了重力对流和风对坦帕湾环流结构的影响。研究发现，在潮汐和河流的共同影响下，经典的河口两层环流结构在坦帕湾得以建立（表层流向湾外，底层流向湾内），并且在航道处的非潮水位较低，非潮流场较强。由湾内指向湾外方向（2001年秋季）的风应力促进了坦帕湾流向湾外的表层流，同时水位梯度力发生了反转，变成了由湾口指向湾顶，这同时又加强了流向湾内的底层流。在浅水区，风应力通过湍流混合可影响到底层，从而使浅水区域的表层和底层都有和风向近乎一致的流动。在深水区，表层流的变化多和风应力的方向一致，底层流的变化多和风应力的方向相反。接着，论文对坦帕湾的盐平衡进行了系统的诊断分析，包括基于盐输运方程的盐平衡的逐项分析，水平和垂直盐对流项的分解，以及三维结构的盐通量的诊断。研究发现，坦帕湾湾内任意位置的盐平衡和盐通量都是完全的三维结构。从三个月的平均来看，总的盐对流（水平方向加垂直方向）主要由垂向盐扩散来平衡，但在航道底部，水平盐扩散的作用同样不可忽略。从瞬时盐平衡来看，盐度的变化主要由总的盐对流来决定，垂直盐扩散以及航道底部的水平盐扩散同样发挥作用，但作用相对较小。和平均流有关的盐对流在水平方向和垂向方向的量值非常大，并且近乎完全抵消，当对它们求和时，得到一个非常小但却非常重要的量。和潮汐泵（tidalpumping）有关的盐对流在水平方向和垂向方向的量值相对较小，并且也存在相互抵消的趋势，当对它们求和时，得到一个与总的平均流部分的盐对流量级相等的量。受地形（如航道）以及河流淡水的影响，在不同断面的轴向盐通量的分布并不相同，但不管它们如何变化，与平均流有关的轴向盐通量要比与潮汐泵有关的轴向盐通量大一个数量级。其次，论文通过对坦帕湾以及其湾内5个主要子区域的示踪物浓度的数值模拟，分析了潮汐、河流、风以及复杂地形（如航道、口门）对滞留时间的影响，并研究分析了产生这些影响的原因。研究发现，潮汐单独作用时，由于坦帕湾潮汐较弱，潮程较短，坦帕湾跟其临近海域的水交换较弱，且主要发生在湾口附近，但当用于水交换的多个口门存在时，口门之间的潮流相位差可大大加速其内水体的水交换。坦帕湾海水滞留时间的长短和其三维环流的强弱有关，而河流和风通过加强坦帕湾的三维环流大大促进了湾内的水交换。在坦帕湾海水滞留时间的分布具有较大的空间差异：在航道和湾口处海水滞留时间较短，水交换较强，而在OldTampaBay的西侧和北侧，海水滞留时间较长，水交换能力较弱。论文同时针对滞留时间长于模拟计算时间的情况，采用双指数曲线拟合方法估算了这些区域滞留时间值。最后，论文将对坦帕湾水动力和海水滞留时间的研究应用到了坦帕湾可能的工程建设——坦帕湾航道的加深加宽。研究发现，坦帕湾航道加深加宽会导致湾内潮特性（如分潮振幅增加，分潮迟角降低）和非潮特性（如非潮流加强）发生变化，这可能会对海洋工程建设以及海洋生态产生较大影响。研究同时发现，航道加深加宽对坦帕湾的水交换有一定的促进作用。
【作者】朱君；
【导师】刘玉光；韩树宗；
【作者基本信息】中国海洋大学，物理海洋学，2014，博士
【关键词】河口环流；盐平衡；潮汐泵；滞留时间；FVCOM；

【参考文献】
[1]谢林柏,方华京,王华.网络化控制系统的信息调度与稳定性研究[J].控制与决策,2004,05:589-591.
[2]王凌.宽频带小型化GPS微带天线优化设计[D].华中科技大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[3]赵永进.梁启超的学校教育思想和实践[D].湖南师范大学,中国近现代史,2004,硕士.
[4]丁木子.重组人脑利钠肽对急性肺损伤犬的保护作用[D].大连医科大学,急诊医学,2012,硕士.
[5]高虎子.初中物理自适应学习系统中学习风格的研究[D].东北师范大学,教育技术学,2012,硕士.
[6]郭璇.光子晶体微腔的研究与设计[D].北京邮电大学,物理电子学,2013,硕士.
[7]吕冰彩.基于用户体验的云中业务流程资源共享管理机制[D].山东大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[8]唐建明.塔河油田石炭系储层油气预测方法[J].石油地球物理勘探,2002,04:343-348+432.
[9]王国媛.IC+A/O处理维生素废水的中试试验研究[D].郑州大学,环境工程,2013,硕士.
[10]张娜娜.联合采购对再制造闭环供应链回收策略的影响[D].西南交通大学,工业工程,2014,硕士.
[11]莫丽威.就地热再生技术在高速公路沥青路面预养护中的适应性研究[D].重庆交通大学,管理科学与工程,2012,硕士.
[12]刘宝霞.空气循环制冷式飞机地面环境控制系统研究[D].大连理工大学,动力工程,2003,硕士.
[13]朱鹏.当前农村村民自治问题研究[D].中国矿业大学,行政管理,2014,硕士.
[14]杜丽芳.图式理论在乡镇高中英语阅读教学中的应用[D].杭州师范大学,学科教学（专业学位）,2011,硕士.
[15]王利希.火焰CVD法合成二氧化钛纳米颗粒的数值模拟[D].大连理工大学,工程热物理,2004,硕士.
[16]高洁.非预应力锚杆格构模拟试验研究[D].长安大学,地质工程（专业学位）,2013,硕士.
[17]周灏.网络消费侵权及损害救济研究[D].华东交通大学,民商法学,2014,硕士.
[18]彭中兴,杨莹,黄琳.输入冗余在时间最优控制中的作用(英文)[J].自动化学报,2011,02:222-227.
[19]吴明宇.融资融券对我国上海股票市场波动性影响的研究[D].江西财经大学,金融学,2013,硕士.
[20]朱思宇.我国民间借贷法律规制研究[D].广东外语外贸大学,法律,2013,硕士.
[21]庞宇.旋毛虫p43与p53核酸疫苗的构建及免疫效果的研究[D].东北农业大学,预防兽医学,2013,硕士.
[22]张国玲.维持性血液透析患者微炎症状态的相关性研究及ACEI类药物的干预作用[D].河北医科大学,外科学,2013,硕士.
[23]张丽丽.人力资本与区域经济增长研究[D].南京大学,人口、资源与环境经济学,2013,硕士.
[24]李井竹,陆玉婷,顾进广.基于句法分析的临床指南事件及事件关系提取[J].武汉大学学报(理学版),2015,02:156-162.
[25]易娇.C频段小步进低相噪频率综合器设计[D].电子科技大学,电子与通信工程（专业学位）,2012,硕士.
[26]朴世龙,方精云,贺金生,肖玉.中国草地植被生物量及其空间分布格局[J].植物生态学报,2004,04:491-498.
[27]闫红勋.工业纯锆激光局部处理应力应变场及微结构研究[D].燕山大学,材料学,2013,硕士.
[28]王礼鹏.论我国农村社会管理的转型度[D].浙江海洋学院,农村与区域发展（专业学位）,2013,硕士.
[29]赵书军.官山镇旅游与文化融合发展路径选择[D].河南科技大学,农村与区域发展（专业学位）,2013,硕士.
[30]吕亮杰.大麦杂种与亲本间基因差异表达分析[D].扬州大学,作物遗传育种,2012,硕士.
[31]安丽娜.高中生母亲教养方式、宽恕与主观幸福感的关系研究[D].河北师范大学,应用心理学,2012,硕士.
[32]李忠东.从闪电中获取能源[J].发明与创新(综合科技),2011,05:37.
[33]董曙光.基于WinCE的多通道食品安全检测仪的设计[D].中南林业科技大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[34]何宝宏,杨洋.互联网技术发展趋势的若干问题[J].现代电信科技.2007(05)
[35]张晶.自锁托槽矫治器在成人错（牙合）畸形矫治中的应用[D].大连医科大学,口腔临床医学,2012,硕士.
[36]法清泉.中阿科技文献翻译理论与方法[D].西安外国语大学,阿拉伯语语言文学,2014,硕士.
[37]陈晓慧.基于Web Services的数字化校园门户系统的设计与实现[D].东北大学,软件工程,2011,硕士.
[38]孙杰.法定权利之外合法利益的民事司法保护[D].南京师范大学,法律,2012,硕士.
[39]曾德新.空肠弯曲菌致GBS动物模型的建立及模式动物体内与GBS相关基因的挖掘[D].扬州大学,微生物学,2012,硕士.
[40]郑佳丽.日本“婚活”（月老计划）现状及支持的理由和对策[D].上海外国语大学,日语语言文学,2013,硕士.
[41]白润才.露天矿卡车实时调度优化决策系统及应用效果预测研究[D].辽宁工程技术大学,2005.
[42]罗志荣.临氢装置气体综合利用优化研究[D].清华大学,工业工程（专业学位）,2013,硕士.
[43]高阳.论我国专利权质押制度[D].大连海事大学,法律,2012,硕士.
[44]唐延贵.降雨条件下非饱和土流—固耦合试验与数值研究[D].成都理工大学,岩土工程,2013,硕士.
[45]刘凯.社会心理视角下的网络流行语研究[D].湖南师范大学,社会学,2013,硕士.
[46]杨英.资本市场信息非完全性与信贷配给对于企业融资的影响分析[D].吉林大学,工商管理,2004,硕士.
[47]要丹.石油地质实验信息自动管理与评价系统[D].吉林大学,2008.
[48]詹岩.表面建筑造型对悬挑屋盖风荷载的影响[D].北京交通大学,2014.
[49]鄢熙杭.生态住宅智能化的设计策略研究[D].沈阳建筑大学,建筑设计及其理论,2012,硕士.
[50]袁鸣悦.建筑物区分所有权之共有权客体[D].沈阳师范大学,民商法学,2014,硕士.