概述-河口海岸环流

POM 模式在河口湾污染物质输运过程模拟中的应用

管卫兵1 ,2 ,3 ,王丽娅1 ,潘建明3 ,董礼先2 ,3

河口湾兼具河口和湾双重特征:上游有淡水输入而整体的动力条件又相对较弱,造成的结果是水体的垂向混合差,层化现象明显;淡水在上层由主水道快速向外倾泻,咸水则从下层入侵湾内,即在纵向剖面存在一个余环流. 由于受冲淡水和地形的共同影响,河口湾的水平流路也复杂多变. 由此可知,河口湾的流动具有很强的三维结构,任何一种二维模式(水平或垂向)都不可能正确反映这个结构. 出于计算量和简单性的考虑,过去常常使用水平二维模式来进行环境评价研究,但是由于其不能反映出表层冲淡水相对快速下泻这一重要特征,故得出的结果过于保守,计算获得的污染物质在河口湾内的滞留时间往往较实际要长. 为了改善这种状况,必须使用三维数值模式,而将广泛应用的普林斯顿海洋模式( POM) 用作水动力模式不失为一种好的选择

河口湾水交换能力的强弱,在很大程度上决定着港湾环境容量的大小. 在河口湾内,潮流振幅和迟角空间分布的不均匀性是导致相邻水体之间交换的主要原因. 此外,余环流在水交换过程中也起着重要的作用.

欧拉余流是指海域内某确定网格点上隐含在流动中的非周期性成分,它由斜压余流、风生余流和潮余流3 部分组成. 欧拉余流反映了在潮汐作用下,水体的长期平均迁移趋势,因此可作为讨论某特定海区水体自净能力的一个重要特征参数.

海湾水交换问题的本质是湾内水体在流场中的对流一扩散问题。因此对流一扩散型的数值模型在物理上与海湾水交换问题更加一致。水交换问题主要关心的是湾内水在水平方向上的混合和弥散问题，但影响海湾水体的水平混合和弥散过程的因子中有许多是非水平二维的，如重力余环流、水体层化和潮振荡的垂向剪切等影响海湾水体的水平混合与弥散混合因子都是垂向结构的。一般来说，这些垂向结构的因子在河口和近岸海湾混合中是重要的(Rseher，1972;Dyer，1974:ehatwin，1976)。

在过去的30年中，沿海地区工业和城市未经适当处理，向海中排放了各种污染物。这些污染物对海岸带生态系统产生了累积效应，并引起了诸如富营养化、赤潮和海洋生物大量死亡等严重的问题。

海岸动力学的主要动力因素是波浪、潮汐和潮流,特别是风暴潮对海岸泥沙运动所起的作用极其复杂多变,给海岸防护、海涂围垦、港口及航道的防淤减淤措施研究带来巨大困难。目前,对于海岸演变、海岸防护、保滩促淤、海港及航道泥沙淤积问题的研究已由定性研究逐步进入定量或基本定量研究阶段。河口及海岸带地区是上游径流、潮汐流、波浪、陆架流交汇和相互作用的地方,水动力因素十分复杂,使得其水流泥沙运动变得复杂多变,对工程和河口海岸的侵蚀(或淤积) 演变产生极大的不确定性,以往的二维或三维数值模型在水流泥沙的模拟计算中表现出其不足,如模型开边界条件的确定、动力要素的考虑、陆架流甚至外海环流对河口海岸的作用等。本文试图建立三重嵌套海洋环流三维数值模型系统(CANDIE) ,该模型系统可用来诊

断计算区域的水动力环流、扩散和物理连接,以数学的方法较好地描述河口海岸的物理过程。应用三重双向嵌套技术克服模型开边界条件难以合理提供的弱点,应用准预报模型方法克服模型的计算误差及模型间合理交换信息资料问题,为了增加实际存在的小尺度涡漩过程,应用过滤技术。

上升流（upwelling）是深层海水涌升到表层的过程。

因表层流场的水平辐散，使表层以下的海水铅直上升的流动。相反，因表层流场的水平辐合，使海水由海面铅直下降的流动，称为下降流。上升流和下降流合称为升降流，是海洋环流的重要组成部分。它和水平流动一起构成海洋（总）环流。

（一）上升流区的理化环境特征：两高两低

1．低温 2．低溶氧 3．高营养盐 4．高盐度、高密度。

以上是确定上升流的存在与范围变化的重要依据

（二）上升流区生物的生态学特征

主要生态特征包括：

1．高的浮游植物生物量和初级生产力，单细胞浮游植物的粒径相对较大；

2．浮游动物中冷水性种类和数量比例增加； 3．群落多样性较低；

4．食物链环节较少； 5．游泳生物（主要是鱼类）生命周期较短，偏向于r―选择的类型。

洋流对地理环境的影响

全球的大洋环流，对高、低纬度间的热量输送和交换、调节全球的热量分布有重要意义。洋流对流经海区的沿岸气候、海洋生物分布和渔业生产，航海等都有影响，对人类文明进程和社会生活有着重要的贡献

1、对气候的影响

暖流对流经沿岸地区的气候起增温、增湿的作用。

例如：西欧海洋性气候的形成受北大西洋暖流的影响

寒流对流经沿岸地区的气候起降温、减湿的作用。

例如：沿岸寒流对澳大利亚西海岸、秘鲁太平洋沿岸荒漠环境的形成有一定的作用。如果洋流的异常，就会使全球的大气环流发生异常，从而影响到气候。如厄尔尼诺现象。

2、对海洋生物的分布的影响：

洋流对海洋生物分布的影响主要是形成渔场，全球四大渔场分为两类：一类是分布在寒暖流交汇的地方，另一类是分布在上升补偿流的地方（秘鲁渔场）。因为寒暖流交汇处和上升流都能把营养盐类带至海洋表层。

寒、暖流交汇处，海水受到扰动，引起上下翻腾，于是把下层丰富的营养盐类带到表层，促使浮游生物大量繁殖，各种鱼类都集中到这里觅食，这就形成了渔场。世界著名的三大渔场都分布在寒、暖流交汇的海区，它们是北海道渔场（日本）、北海渔场（英国）、纽芬兰渔场（加拿大）。

3、对海洋污染的影响

陆地上的污染物质进入海洋之后，洋流可以把近海的污染物质携带到其他海域，使污染范围扩大。但是，随着洋流的运动，污染物质会传到其他海域，加快净化速度。如近日在西班牙海域的油轮燃料油泄漏、已使350公里的海岸受到严重污染，给当地的渔业生产和生态环境造成严重破坏。

4、对航海事业的影响：

海平面上升（IPCC）：海平面上升也很多，根据中国国家海洋局发布公告，最近50年为每年1到2.5毫米，而且预估到本世纪中叶要上升12到50厘米，而且长江、黄河三角洲上升9到107厘米，沿海海岸带脆弱性增加，会影响海岸经济和海洋生态系统。应对这种情况，海平面上升以后，我们采取什么样的适应手段非常重要，我们做了一个计算。比如说广东地区，如果要使未来海平面上升30厘米，没有任何预防措施，淹没将近5500平方公里，如果采取适应手段，会减少到1150平方公里左右，适应减缓应对气侯变化是很重要的

在全球变暖大背景下，中国海平面也在持续上升，根据中国专家研究，在过去50年，中国沿海海平面平均每年上升2.5毫米，这个速度高于全球平均值。包括长江三角洲在内，受海平面上升的威胁极大。为了应对海平面上升对沿海影响，我们应该加强沿海防护堤坝设计，提高工程设计标准，同时对沿海工程维护费用也要加大投入。同时对海平面上升造成其他负面影响，比如说海水倒灌，农田盐碱化等给予更多的考虑。

如IPCC预测的那样上升0.6米，甚至可能达到0.9米

海平面上升可被定义为全球暖化造成的海平面上升，而海平面上升是两种过程

造成的：海水的热膨胀和陆冰的迅速融化。政府间气候变化专门委员会（警监

会2007年）出的第四章评估报告预测，在未来的世纪里温度会增长1.1到6.4

摄氏度，使冰融化。因此到2100年，海平面可能会升10到23英寸。世界上

有三分之一的人口居住于海岸的50里以内，他们中还有更大的比例住在离海

岸线更接近的地区。即使是有稍微的海平面上升也可能会淹没地势低的地区，

加快海岸侵蚀，并迫使社区和基础设施都得搬迁。虽然冰层融化的速度还不清

楚，如果格陵兰和东西南极洲的冰层消融了，那足以使海平面上升约65米。

环保局计算海平面上升两英尺能够淹没大约10，000平方英里的土地。海平面

上升一英尺海岸线要回退200英尺。此外，警监会表明，到2080年，海平面

上升可能使世界上33 ％的沿海湿地转换成海洋（警监会2007 ）。

海平面上升也可能使沿海城市更容易受极端天气（如飓风）的攻击，以

及破坏重要的生态系统，如湿地和红树林。海平面上升会淹没地势低的地区，

侵蚀海岸，加剧洪水，并增加河口和含水层的盐度。多数的岛屿面临因为海水

入侵而逐渐减少食水供应的危险。地势低的沿海和三角洲（河流入海的土地）

的地区至少有三亿的住家会受到海平面上升的威胁。地势低和有限的财务资源

使一些发展中国家受严重地受到海平面上升的危险。三角洲沿岸中最易受害的

人口众多的国家包括孟加拉，越南，中国，和埃及。