北部湾环流季节变化的数值模拟与动力机制分析

【摘要】北部湾位于南海西北部，是一个三面靠陆、南面毗邻南海的半封闭海湾，为我国大西南地区的主要出海口，其经济和战略地位显要。海洋环流因其在物质和能量输运中的重要作用，对国防、经济、生态等方面都有着重要的影响，是海洋学研究的核心问题。目前北部湾环流的观测资料还比较少，对北部湾环流结构及其动力机制还存在着比较大的争议。本文基于浪-潮-流耦合机制，采用高分辨率网格，包含较完整的物理过程，研究北部湾三维环流结构的季节变化及其动力机制。1．基于普林斯顿海洋模式（PrincetonOceanModel，POM），考虑K1、O1、M2、S2四个主要分潮，建立高分辨率的北部湾三维潮波模型，模拟了北部湾的潮汐和潮流。结果表明，北部湾是典型的全日潮海区。K1分潮在越南顺化岸边存在一个无潮点，形成左旋潮波系统，由无潮点开始，振幅向湾内递增，在湾顶达90cm以上；O1分潮与K1分潮类似，无潮点偏向顺化近岸；M2分潮在越南海防偏北方向有一个退化的无潮点，湾内最大振幅约70cm；S2分潮振幅很弱，最大振幅不超过10cm。湾内潮流在绝大部分海域呈典型的往复流特征，K1、O1分潮流较大，S2分潮潮流最小；潮余流总体上呈双环结构，南、北各一个逆时针环流。琼州海峡的潮余流最大，方向由东向西，海南岛西侧潮余流次之，方向往北。2．以国家海洋局第一海洋研究所发展的MASNUM（LaboratoryofMArineScienceandNUmericalModeling）海浪-潮流-环流耦合模式为基础，建立北部湾高分辨率海洋环流模式，模拟了北部湾四季的海洋环流结构，讨论北部湾环流的动力机制。冬季环流整体被一个大的不闭合逆时针环流控制，湾内嵌套两个小环流：白龙尾岛东侧的顺时针环流和越南荣市东侧的逆时针环流。不同于以往研究，本文发现从湾南口进入北部湾的海流只能到达18.5oN附近，从琼州海峡进入北部湾的强流产生了一支沿海南岛西北岸南下的海流。春季环流整体上仍然为逆时针方向。湾内嵌套多个小环流结构，主要有湾北部白龙尾岛东侧的逆时针环流，以及湾南部的逆时针环流；夏季环流主要表现为两个逆时针涡旋：一个由越南红河口以南的南向流与北部湾海槽北上流构成，另一个是围绕（19.5oN，108.2oE）的北部湾冷水团环流。越南红河口以南存在逆风南向海流，其成因是盐度锋面产生斜压流。秋季环流大致上呈一个大的不闭合逆时针环流和一个流套的结构。琼州海峡西向海流进入北部湾后沿越南沿岸逆时针运行；海南岛东侧南下流从湾南口进入北部湾，沿海脊等深线北上，到达越南沿岸后以逆时针方向流出北部湾，形成北部湾流套。在动力机制方面，不同季节各因子的影响程度差别较大。总体而言，潮致环流占主导地位，春季和夏季密度流占第二位，风的作用最弱；而秋季和冬季，风的作用居第二位。3．模拟北部湾中北部冷水团，讨论其形成变异规律和热力-动力机制。冷水团形成于每年的3月份，4-5月份为成长期，6-8月为强盛期，9-11月进入消衰阶段。北部湾冷水团是局地形成的，海表面热力强迫是北部湾冷水团形成和发展的控制因素，地形和潮混合对北部湾冷水团有重要影响。4．分析琼州海峡海流的季节变化和琼州海峡对北部湾环流结构的影响。琼州海峡海流一年中绝大部份时间由东往西，在夏季西南风较强时出现转流现象。往西的潮致余流是海流大部份时间向西的主要原因，风场对海峡流量大小和流向改变起关键作用。海峡对雷州半岛西侧、海南岛北岸、广西沿岸的流速有重要影响（特别是在冬季和夏季），而对19oN以南海域影响较小。5．模拟夏季位于海南岛西侧的上升流系统，并分析其形成机制。无风和无潮的敏感性实验表明，潮混合引起锋面是夏季海南岛西侧上升流形成的主要原因。通过数值模式的计算结果，定性地分析了上升流的强弱与季节变化，总的来说，上升流在春季形成，夏季达到最强，秋季逐渐减弱，冬季消失。6．模拟了冬季莺歌海附近的暖池。基于模式结果和卫星SST数据，分析了暖池的生消规律。暖池形成于10月份，11月份达到强盛，12月份开始消退，翌年1月份消失。通过敏感性实验和动力过程分析，认为冬季南海暖水入侵是海南岛西南侧的暖池形成的主要机制，莺歌海附近的顺时针环流对暖池的形成和保持起重要作用。
【作者】陈振华；
【导师】乔方利；
【作者基本信息】中国海洋大学，物理海洋学，2013，博士
【关键词】MASNUM；北部湾；环流；动力机制；冷水团；上升流；暖池；

【参考文献】
[1]宋洪松,刘大博.石墨烯的制备及石墨烯/PVDF复合材料介电性能的研究[J].化学工程师,2011,08:1-3+8.
[2]李雅娴.应变强化奥氏体不锈钢低温容器材料和成形工艺研究[D].浙江大学,2010.
[3]郎朝霞.高中语文教师作文面批的个案研究[D].首都师范大学,学科教学,2013,硕士.
[4]刘月.精密万能测长仪测量圆锥螺纹量规基面中径的方法研究[D].河北大学,仪器仪表工程,2014,硕士.
[5]赵威.含分布式电源配电网的继电保护方法的研究与仿真[D].湖南大学,电气工程,2011,硕士.
[6]赵强.论我国海事赔偿责任限制程序之完善[D].山东大学,国际法学,2013,硕士.
[7]秦凡.网络条件下公众政策参与的效能分析[D].湖北大学,行政管理,2012,硕士.
[8]张高阳,金鑫,张之敬.步进驱动系统大振荡机理与轨迹优化控制[J].自动化学报,2015,01:84-93.
[9]史全林,周源泉.一类易犯的错误及其严重后果[J].质量与可靠性.1999(04)
[10]周章华.复方珊瑚糊剂用于治疗髓室底穿通以及作为根管糊剂的实验研究[D].第四军医大学,口腔临床医学,2004,硕士.
[11]杜云磊.柔性构件大变形分析及其在柔顺机构建模中的应用[D].西安电子科技大学,机械电子工程,2012,硕士.
[12]姜宏瑛.理化诱变提高乳酸菌STX2 γ-氨基丁酸产量的研究[D].南京农业大学,食品工程,2013,硕士.
[13]杨相配.基于学生满意度视角的民族院校本科教学质量研究[D].中南民族大学,教育经济与管理,2013,硕士.
[14]赵刚剑,刘波,那振喆,曹志远.采用新型非轴对称端壁优化设计方法提高涡轮性能的数值研究[J].推进技术,2014,05:1.
[15]石干.胃癌RhoGDI2、PAK2表及与临床病理特征关系的研究[D].华中科技大学,消化内科,2013,硕士.
[16]李正阳.Scriptaid提高小鼠体细胞核移植克隆胚早期发育能力的实验研究[D].南方医科大学,外科学,2012,硕士.
[17]王安然.子宫内膜MAO-A在反复IVF-ET失败患者种植窗口期的表达及其意义[D].广西医科大学,妇产科学,2013,硕士.
[18]郭瑞.在菲律宾推广汉语的对策研究[D].西北大学,汉语国际教育（专业学位）,2014,硕士.
[19]于永学.煤矿综合信息平台系统的设计与实现[D].天津大学,软件开发,2012,硕士.
[20]颜继忠,童胜强,盛柳青,陈钢.结香化学成分的研究[J].中国现代应用药学,2004,S2:31-33.
[21]姜朋辉.信息化发展对新疆工业化发展的推动作用研究[D].新疆财经大学,统计学,2013,硕士.
[22]姜苏.一体化A/O生物膜反应器脱氮特性的研究[D].大连理工大学,环境工程,2004,硕士.
[23]恽延世,张佳俊,王余厚,桂叔林.修建柳江第二铁路特大桥及联络线的建议[J].铁道运营技术.1996(04)
[24]努尔顿.丝织物疵点智能化判别[D].苏州大学,纺织工程,2003,硕士.
[25]檀革银,靳向煜.功能性非织造材料在服装领域的应用[J].宁波服装职业技术学院学报.2002(02)
[26]杨慧.《红楼梦》古今评点谫论[D].辽宁师范大学,中国古典文学,2003,硕士.
[27]张强.基于FPGA+DSP的局部放电在线监测系统开发[D].西安电子科技大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[28]董欢.决策树技术在高校学生成绩分析中的应用研究[D].西安电子科技大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[29]张亦朴.基于模糊控制的多功能抽液装置的研制[D].华北电力大学（河北）,机械工程,2004,硕士.
[30]尹云.基于触滑觉控制的智能假手关键问题研究[D].大连理工大学,机械设计及理论,2004,硕士.
[31]毕强.大唐哈尔滨第一热电厂继电班组精细化管理研究[D].吉林大学,项目管理,2013,硕士.
[32]袁伟斌,徐洁,叶呈敏.纯弯下简支角钢梁静态和动态不稳定性分析[J].浙江工业大学学报,2013,06:677-681.
[33]王正.数字电视中均衡器的研究及ASIC实现[D].浙江大学,通信与信息系统,2004,硕士.
[34]马宗义.基于TM影像的沙漠化信息定量提取方法[D].兰州大学,地图学与地理信息系统,2013,硕士.
[35]李小余.钩端螺旋体groEL基因原核表达及其产物免疫保护作用[D].浙江中医药大学,中西医结合基础,2013,硕士.
[36]丁洁,谢莉,丁锋.非均匀采样系统多新息随机梯度辨识性能分析[J].控制与决策,2011,09:1338-1342.
[37]解丽娟.法律法规汉译英中的信息转移[D].广东外语外贸大学,翻译学,2013,硕士.
[38]沈望皓.基于代理模型的HEV齿轮传动元件优化设计方法研究[D].吉林大学,机械工程,2014,硕士.
[39]苏立盛.生态文明视角下的海岛旅游发展行动研究[D].浙江海洋学院,农村与区域发展（专业学位）,2014,硕士.
[40]申雨晴.MiR-486-5p在非小细胞肺癌中的功能研究[D].上海大学,生物化工,2014,硕士.
[41]雷飞.一种面向车身结构设计的大规模问题快速计算方法[D].湖南大学,2010.
[42]常丹明.信息技术对金融市场的影响[D].对外经济贸易大学,2003.
[43]张鑫.35kV方山变电站综合自动化系统应用设计[D].西安科技大学,控制工程,2013,硕士.
[44]周建甫.补肾疗法治疗男性不育症的临床观察及系统评价[D].广州中医药大学,中医学（专业学位）,2013,硕士.
[45]孙宝印.电子耳蜗语音增强的研究[D].苏州大学,检测技术与自动化装置,2013,硕士.
[46]汤志勇,曹秉刚,李天石,史维祥.多输出非线性系统神经网络变结构控制的算法及其实现[J].控制与决策,1997,05:593-597.
[47]赵雪.基于用户兴趣的个性化协同过滤推荐算法研究[D].燕山大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[48]高冉.山东省计量科学研究院计量业务管理系统的设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[49]朱守俊.碳基荧光材料的制备、发光机理及水相应用[D].吉林大学,2014.
[50]杨惠娟.太原市新生代农民工体育锻炼现状研究[D].沈阳师范大学,体育人文社会学,2014,硕士.