半封闭海域河流龄时空分布及其影响因素数值研究.pdf

半封闭海域河流水龄时空分布及其影响因素数值研究 半封闭海域河流水龄时空分布及其影响因素数值研究 摘 要 水体微团在空间某点的水龄定义为该水体微团自进入控制体以来到流经该 点所需要的时间。水龄是定量描述海洋水动力过程的环境效应的辅助变量，对深 入理解陆源物质在海域中的输运具有重要的参考意义。然而，关于河流水在半封 闭海域中的水龄研究甚少。本文以渤海和濑户内海作为代表区域，利用基于 CART 理论（constituent-oriented age and residence time theory ）的三维水龄模型， 模拟分析了黄河水（流入渤海的最大河流）在渤海中和淀川河水（流入濑户内海 的最大河流）在濑户内海中水龄时空分布及其影响因素，尝试给出了半封闭海域 河流水龄分布特征。主要结论如下： 黄河水在整个渤海中的年平均水龄为 3 年。水龄显示明显的水平空间变化： 在莱州湾中为 1.7 年而在辽东湾中为 3.9 年。除春季和夏季在黄河入海口附近和 渤海中部南端外，在其他区域和季节水龄在垂向上几乎是均匀的。除莱州湾外， 整个渤海的水龄季节变化很小。黄河水在渤海海峡处的水龄为 3.4 年。在各季节 内，黄河水在渤海海峡南部的水龄都要低于北部。但在垂向上，表底差异并不明 显。如果黄河水离开渤海后不能再次返回渤海，黄河水在渤海中水龄的四季空间 分布特征并未发生改变，但水龄绝对数值会显著减小。例如黄河水在整个渤海中 年平均水龄将自 3 年锐减为 1.2 年。潮是控制黄河水在渤海中水龄的最主要动力 因素。无潮时，黄河水在渤海中水龄将减少超过 50% 。风是第二重要因素。无风 时，黄河水在渤海中水龄增加 20%~30% 。无斜压过程或黄河水径流量的改变， 对水龄影响很小。 淀川河水在整个濑户内海中的年平均水龄为 152 天。水龄显示明显的水平空 间变化：在大阪湾、播磨滩和濑户内海其他区域中依次为 97 天、199 天和 450 天。在濑户内海中，除四季在大阪湾外，在其他区域水龄在垂向上几乎是均匀的。 大阪湾和整个濑户内海的水龄季节变化均很明显。淀川河水自淀川河入海口排入 10 3 10 3 大阪湾后（0.8×10 m ），分为二支：第一支（0.3×10 m ）经明石海峡进入播磨 10 3 滩，进而经铭门海峡进入纪伊水道；第二支（0.5×10 m ）经纪淡海峡直接进入 纪伊水道。而经备赞海峡进入濑户内海其他区域的量极少。淀川河水在铭门海峡 和纪淡海峡处的水龄依次为 203 天和 128 天。冬季，在纪淡海峡西部的水龄要高 I    半封闭海域河流水龄时空分布及其影响因素数值研究 于东部，垂向分布无差异。而夏季，在纪淡海峡西部的水龄要低于东部，垂向差 异非常明显。如果淀川河水离开濑户内海后不能再次返回濑户内海，淀川河水在 濑户内海中水龄的四季空间分布特征并未发生改变，但水龄绝对数值会显著减小。 例如淀川河水在整个濑户内海中年平均水龄将自 152 天锐减为 69 天。斜压是控 制淀川河水在濑户内海中水龄的最主要动力因素。无斜压时，淀川河水在大阪湾 和播磨滩中水龄增加均超过 50% 。潮是第二重要因素。无潮时，淀川河水在大阪 湾和播磨滩中水龄分别增加 6%和 51% 。而且淀川河水自大阪湾分为二支进入纪 伊水道的通道由潮决定。无风时或淀川河水径流量的改变，对水龄影响很小。 通过分析黄河水在渤海中和淀川河水在濑户内海中水龄时空分布及其影响 因素，尝试给出了半封闭海域河流水龄分布特征。在半封闭海域中，河流水龄呈 现明显的水平空间变化。河流水在河流入海口附近水龄最低，随着与入海口距离 的增加，水龄逐渐增大。在河流入海口及其邻近海域中，水龄在垂向上呈现明显 差异。在河流入海口及其邻近海域中，水龄季节变化也很明显。黄河水经渤海海 峡这唯一的通道离开渤海，而淀川河水主要经铭门海峡和纪淡海峡这 2 个通道离 开濑户内海。如果河流水离开半封闭海域后不能再次返回半封闭海域，河流水在 半封闭海域中水龄的四季空间分布特征并未发生改变，但水龄绝对数值会显著减 小