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探讨海洋中的物质输运是深入研究海洋环境,特别是近海海洋问题的一个基础课题,而物质聚集扩散又是一个广泛而深层次的内容。广泛性体现在它不仅包括如泥沙、污染物以及化学溶解物等物质的输运,也包括如温度、盐度及密度等的输运;深层次体现在其整个过程不仅仅只停留在物质位置的迁移或是输运量多少等表象伺题上,而更要揭示物质迁移对地形地貌变化、污染物扩散、水质变化以及海洋动力因素和环流的影响等海洋环境问题。上述所有过程都是基于水动力基础上。水动力是物质输运形成和发展的基础,反过来温度、盐度的输运也会影响水动力条件的变化。潮流场对物质输运起着决定的作用,而余流对物质的长期输运和分布有重要的贡献。
渤海湾地处渤海西部,水深较浅,是1个典型半封闭海域。潮汐运动是渤海湾主要的动力过程。潮致余流对湾内生态环境、物质输运、污染物的扩散和分布等都有着重要的影响。改革开放以来,围海造地和黄河入海口改道造成渤海湾岸线和近岸海区地形地貌发生了较大的变化,地形变化可能导致余流结构变化,因而对渤海湾潮致余流进行高分辨率模拟,探讨其变化的特点有着重要的现实意义。
本文基于POM(PrincetonOceanModel)水动力学模型,建立综合考虑了污染物的物理、化学及生物相互作用的渤海湾水质数值模型。在水质模型中采用了与POM模型相兼容的垂向o坐标及交错网格系统,并采用有限体积法TVD(TotalVariationDiminishing)格式对方程进行离散。模型的水平网格尺度为800m×800m,根据离散格式的Courant限制条件,内外模态时间步长分别取Is和30s。在验证了水动力学模型的基础上,计算了渤海湾的余流场和Chl-a、COD浓度的时空分布。模拟结果表明污染物的时间空间分布与Lagrange余流特征有着很好的相似性,渤海湾内的余流特征对污染物的聚集起着重要的作用,西北部顺时针环流和中部逆时针环流导致污染物容易在湾内聚集形成浓度高值区。