风场对海湾水交换影响的数值模拟研究

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海洋有人类赖以生存和发展的重要自然资源,海湾、近岸海域更是与人类生产生活息息相关。近年来,随着经济的快速发展,大量的污染物排入海水中,对海洋环境造成了很大影响。治理水环境需要清楚水体的环境容量,而水体的水交换能力则是计算环境容量时需要解决的关键问题之一。潮汐、风应力和温盐梯度等是影响水交换的重要因素。尤其是在近岸海域,由于水深较浅,风场对水交换的影响往往较为明显。为了深入理解风场对水交换的影响程度和方式,本文用数值模拟的方法对风场和潮汐作用下的海湾水交换进行了模拟研究。  设计典型算例,开展了数值模拟,分析了风速、风向和周期等风场特征参数对水交换的影响。模拟结果表明在现实可能风场范围内,风向决定风场对水交换是否有影响;风速决定影响程度的大小;周期对水交换的影响较小。  为了有效利用风场实测资料,探讨风场的时空变化对水交换的影响,以及应对实际应用中可能缺少风场资料的情况,以渤海湾的实测数据为基础,研究了风场数据的处理方法。在不同的时间尺度上对风场数据进行了平均化处理,并以平均后的结果为代表风参数,模拟了渤海湾的水交换。结果表明月能量平均风场和季度能量平均风场的水交换模拟结果与真实风场的水交换模拟结果非常接近。
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