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《中国海洋大学》 2007年
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一般非线性河口和近海中的环流与长期输运问题的研究及其初步应用

鞠莲  
【摘要】: 随着海洋开发和利用的迅速发展,海洋,尤其是浅海海域的环境污染问题日益严重。海洋环境的一个最典型特点就是海水处于无时无刻的运动之中,海水的各项物理性质、海洋中的各种物质也随之运动。因而,除了各个界面的输入输出以及生物地球化学作用外,物质在海洋中的时空分布就主要取决于海水的运动。而近海物质的长期迁移则主要取决于近海的环流而非潮流,因此,浅海环流问题成为浅海环境研究中的一个核心问题。 环流,是指海洋中时间平均的准定常流动。冯士筰、R.T.Cheng及其合作者自上世纪八十年代以来逐步发展和建立了在潮占优的对流弱非线性系统中的Lagrange余环流和长期输运理论,并在全球多个近海海域获得较好的应用。但是在近岸极浅海区或地形、岸线变化剧烈处,由于非线性效应的增强,对流弱非线性的假定不复存在,其模拟结果就有待商榷了。因此,无论从实际应用的角度来讲,还是从理论发展的逻辑上来看,发展和建立一个一般非线性的浅海或河口系统中的Lagrange余环流和长期输运理论是必要的,也是重要的。 本文在一个潮流占优的、双时间尺度的非线性动力—热力学系统中,通过理论分析从三方面严格证明了在浅海系统中,以Lagrange时均速度作为其环流速度是正确的、合理的。首先,在满足了约束条件——标识流体微团的净位移的尺度小于流场水平尺度——的前提下,一般非线性下的Lagrange平均速度可用来表达环流尺度下的瞬时速度;也就是说用以平均的时间不能太长。其次,该Lagrange余速速必须为一管量场,即满足不可压缩流体的连续性方程。最后,也是非常重要的一点是,一般非线性下的Lagrange余速度被证明满足物质面守恒方程。我们发现在一般非线性系统中,Lagrange余速度场不再是一个单一的速度场,而是具有无穷多个速度场,每个速度场对应于一个初始位相值。 长期输运过程紧密联系着、甚至非线性耦合着环流场,我们导出了一般非线性系统中的长期(inter-tidal)输运方程,这时的对流输运速度是Lagrange余速度。此时的浓度场也不再是传统意义上原始浓度的Euler时均场,而是在环流尺度上变化的浓度场,与速度场一样,当初始位相在一个潮周期内连续变化时,浓度场也随之表现为无穷多个时空场。 通过构造不同地形和岸线形状的模型海,利用一般非线性下Lagrange余速度的定义,本论文数值模拟了在不同初始位相下的Lagrange余速度及浓度分布,结果发现随着系统对流非线性的增强,Lagrange余速度和浓度场对初始位相的依赖性越来越显著,从数值上展示和说明了该理论的正确性。而且发现在一般非线性浅海动力学系统中,仅以参数κ(参看Feng,1987)来衡量系统的非线性效应是不完备的,尤其是在底形、岸线变化剧烈的海区,衡量参数建议变为κ·λ/L其中,λ为潮波波长,L为局地流场的水平尺度。 渤海是我国研究得比较多的一个海区,但迄今为止,有关渤海环流问题还没有一个能获得大家完全认同的结果。在本文中,根据一般非线性下的Lagrange余环流理论,采用较新的地形数据,在1'×1'的高分辨率网格上,模拟了渤海在M_2分潮驱动下的Lagrange余环流。结果显示,渤海中央海盆区存在一个大的逆时针流环,与对流弱非线性理论下的模拟结果基本一致;由于使用了高分辨率的地形,首次发现在渤海中央逆时针流环中存在着一个受辽东浅滩影响的顺时针流环;辽东湾与渤海湾内的Lagrange余环流具有明显的三维结构,如在渤海湾南岸环流是上出下进的。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:P731.2

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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2 郑沛楠;宋翔洲;陈学恩;;2008年初中国南方地区雪灾成因分析[A];“2010年北京气象学会中青年优秀论文评选”学术研讨会论文集[C];2011年
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6 陈士岭;裴文斌;唐岩;;一年潮流数据的调和分析研究[A];第二十一届海洋测绘综合性学术研讨会论文集[C];2009年
7 李凯锋;欧阳永忠;陆秀平;吴太旗;任来平;;基于GPS精密单点定位技术的水深测量[A];第二十一届海洋测绘综合性学术研讨会论文集[C];2009年
8 李凯锋;欧阳永忠;陆秀平;吴太旗;任来平;;基于GPS精密单点定位技术的水深测量[A];中国测绘学会第九次全国会员代表大会暨学会成立50周年纪念大会论文集[C];2009年
9 牛桂芝;董海军;裴文斌;;余水位的成因及其特性[A];中国测绘学会第九次全国会员代表大会暨学会成立50周年纪念大会论文集[C];2009年
10 刘锡兰;杨昱;;支持相量机方法在渤海湾风暴增水强度预报中的应用[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(二)[C];2007年
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1 唐艳红;基于航海雷达的海浪遥测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张静;深圳湾水环境综合评价及环境容量研究[D];大连海事大学;2010年
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4 乔小燕;基于生物形态学的赤潮藻显微图像分割与特征提取研究[D];中国海洋大学;2010年
5 陈春涛;多传感器卫星数据黑潮变异研究[D];中国海洋大学;2010年
6 胡利民;大河控制性影响下的陆架海沉积有机质的“源—汇”作用[D];中国海洋大学;2010年
7 季有俊;渤海海域泥沙输运对季节性因素及地形变化响应的数值模拟研究[D];中国海洋大学;2010年
8 徐洪梅;水下非均匀光场的目标探测研究[D];中国海洋大学;2009年
9 王云飞;东海赤潮监测卫星遥感方法研究[D];中国海洋大学;2009年
10 刘学海;南黄海及养殖功能海域生态动力学模型研究[D];中国海洋大学;2009年
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1 赵倩;青堆子湾营养盐季节变化特征及多种富营养化评价方法的比较[D];辽宁师范大学;2010年
2 叶晓;我国海洋产业结构演化过程中的贸易政策研究[D];中国海洋大学;2010年
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4 张乐;合成孔径雷达图像用于海岸线检测[D];中国海洋大学;2010年
5 李佩佩;黄河口及黄、渤海溶存甲烷和氧化亚氮的分布与释放通量[D];中国海洋大学;2010年
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7 胡广元;渤海湾全新世海侵前的古环境[D];中国海洋大学;2010年
8 杨光;基于分数阶傅立叶变换的水声信道多参数估计算法研究[D];中国海洋大学;2010年
9 杨斌;中国东海、黄海和南海北部海水中挥发性卤代烃的分布与通量研究[D];中国海洋大学;2010年
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【同被引文献】
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1 陈倩,黄大吉,章本照,王敏芳;浙江近海潮汐的特征[J];东海海洋;2003年02期
2 陈倩,黄大吉,章本照,王敏芳;浙江近海潮流和余流的特征[J];东海海洋;2003年04期
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10 王宗山;龚滨;李繁华;邹娥梅;徐伯昌;;黄渤海风海流的数值计算[J];黄渤海海洋;1992年02期
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1 魏泽勋;中国近海环流及其季节变化的数值模拟[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2004年
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2 韩冬;东中国海环流的三维数值模拟及动力机制研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2003年
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5 郑建军;非结构三角形网格下三维浅水流动的数值模拟[D];天津大学;2006年
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【二级引证文献】
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1 魏庆菲;岸线变化对近岸水环境影响的研究[D];大连理工大学;2011年
【二级参考文献】
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4 本报记者 王姗姗 特约记者 夏羽 通讯员 申永胜;安全工作必须百分之百做到位[N];中国交通报;2006年
5 早报记者 陈其珏;“渤海湾可能还有更大油田”[N];东方早报;2007年
6 记者  林英 通讯员  向畅;生态修复见成效 对虾重现渤海湾[N];光明日报;2007年
7 陈莹;渤海湾 享受成熟的客滚运输[N];中国水运报;2007年
8 记者 刘国安通讯员 申增广;大港采油二厂渤海湾边拉紧“安全绳”[N];中国石油报;2007年
9 记者周勇刚;首期锁定渤海湾[N];中华工商时报;2003年
10 记者 费伟伟;渤海湾将又现一高产油井[N];市场报;2005年
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1 鞠莲;一般非线性河口和近海中的环流与长期输运问题的研究及其初步应用[D];中国海洋大学;2007年
2 张培玉;渤海湾近岸海域底栖动物生态学与环境质量评价研究[D];中国海洋大学;2005年
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4 孙培艳;渤海富营养化变化特征及生态效应分析[D];中国海洋大学;2007年
5 孙健;海湾、近岸海域水交换研究的关联矩阵方法及应用[D];天津大学;2007年
6 张蓬;渤黄海沉积物中的多环芳烃和多氯联苯及其与生态环境的耦合解析[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2009年
7 王福;渤海湾海岸带~(210)Pb、~(137)Cs示踪与测年研究:现代沉积及环境意义[D];中国地质科学院;2009年
8 刘建国;全新世渤海泥质区的沉积物物质组成特征及其环境意义[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2007年
9 付庆军;渤海湾温带风暴潮数值计算模式的研究与应用[D];天津大学;2010年
10 郝云超;中国东部陆海相互作用中的元素地球化学特征及高分辨率沉积记录初探[D];中国海洋大学;2008年
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2 李昕;渤海湾客滚船航行安全评价——启航安全评价的研究[D];大连海事大学;2003年
3 苏晨;渤海湾客滚船风浪中航行安全性的研究[D];大连海事大学;2004年
4 齐凤霞;渤海典型海岸带(天津海域)水质与底质重金属污染调查研究[D];北京化工大学;2004年
5 江志华;渤海典型海域重金属络合容量研究[D];中国海洋大学;2005年
6 赵志梅;渤海湾沉积物磷形态及营养盐在沉积物—水界面交换的研究[D];西北农林科技大学;2005年
7 管越强;渤海湾海丰盐场卤虫的生活史和种群动态[D];河北大学;2000年
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