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    大风过程中浪流相互作用对海湾悬沙动力的影响机制

    发表日期:2018-08-09 08:32:00    阅读次数:326   来源:海湾生态环境973项目

            波浪,尤其是大风过程的波浪对于近海悬沙输运具有重要影响,直接关系到半封闭海湾的冲淤状况,对海湾纳潮量和水交换能力等有间接影响。波浪与海流的相互作用会产生诸多机制,但是其中三维波浪辐射应力、形阻、波浪湍耗散、波能平流输运和折射等物理机制如何影响悬沙输运并不完全清楚。项目研究人员通过耦合FVCOM水动力模型、快速波浪模型(MDO-Wave)和泥沙模型(UNSW-Sed),以胶州湾为例建立了浪—流—沙双向在线耦合模型(图1),对上述浪流相互作用影响悬沙输运的过程进行了讨论。研究结果表明,若在模拟过程中仅考虑底层剪切应力的浪流叠加,模拟结果与卫星遥感影像差异较大;而考虑上述浪流相互作用后,模拟结果有较大改善(图2)。由于悬沙输运过程不仅受底部再悬浮影响,还与水平输运和垂向混合有关。通过机制分析,研究人员发现波浪湍耗散和形阻会通过影响垂向混合,进而影响水体流速和悬沙浓度;波浪辐射应力则会通过影响上层水体的悬沙水平输运,进而影响悬沙分布;波能平流输运和折射能够影响波浪的传播,进而影响其它浪流相互作用。尽管底层剪切应力浪流叠加的影响最大,但波能平流输运和折射、波浪辐射应力、波浪湍耗散和形阻(按照从大到小)等浪流相互作用在大风过程中对悬沙输运的影响不可忽视。

            项目研究成果定量化地揭示了不同浪流相互作用对悬沙输运过程的影响机制,对泥沙动力学和沉积学研究具有重要意义。该成果发表于JPO上(Journal of Physical Oceanography, 2018, 48: 1053-1078)。


    图1 浪—流—沙双向在线耦合模型结构图



    图2 数值模拟结果与卫星遥感数据的对比,其中(a)不考虑波浪的结果、(b)仅考虑底层剪切应力浪流叠加的结果、(c)考虑文中所有浪流相互作用的结果



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