南黄海辐射沙脊群西洋水道质点示踪数值模拟 (2013年)

基于二维水动力数学模型和现有西洋垂线流速分布公式，运用Lagrange质点示踪法计算分析了南黄海辐射沙脊群北部西洋水域的质点运动轨迹，并与投放到该海域的GPS漂流浮标运动轨迹作比较，计算结果与实测浮标漂流轨迹吻合良好。模拟结果表明，西洋水域的涨潮表层流速最大可达3.5 m/s，落潮流速最大可达2.0 m/s，水质点运动主要沿着主槽方向，当质点运动到潮流沙脊区域，其运动会发生偏移，Lagrange余流方向指向南面。 ### 南黄海辐射沙脊群西洋水道质点示踪数值模拟 #### 研究背景与目的 本研究聚焦于南黄海辐射沙脊群北部的西洋水域，通过运用二维水动力数学模型和Lagrange质点示踪法，旨在深入分析该区域内的水质点运动轨迹及其对物质输运的影响。南黄海辐射沙脊群是一种独特的海岸地貌，由数十条水下沙脊和多条潮汐水道组成，自射阳河口向南延伸，覆盖了约200公里的南北范围和90公里的东西跨度。这一地区的复杂地貌和水动力条件一直是国内外学者关注的研究焦点。 #### 研究方法 研究采用的是二维水动力数学模型结合现有的西洋垂线流速分布公式，以及Lagrange质点示踪法。其中，二维水动力数学模型用于模拟该区域的水流速度、方向等水动力参数；Lagrange质点示踪法则通过对水质点进行追踪，分析其在水体中的迁移路径。此外，研究还将模拟结果与实际部署的GPS漂流浮标的运动轨迹进行了对比，以验证模拟的有效性和准确性。 #### 主要发现 - **水质点运动轨迹**：研究结果显示，西洋水域的水质点运动主要沿着主槽方向移动。当水质点到达潮流沙脊区域时，其运动轨迹会发生偏移，这主要是因为沙脊对水流产生了阻挡作用，导致水流方向发生变化。 - **流速变化**：模拟结果显示，涨潮期间的表层流速最大可达3.5米/秒，而落潮期间的最大流速则为2.0米/秒。这些数据对于理解该区域内的物质输运机制至关重要。 - **Lagrange余流方向**：研究还揭示了Lagrange余流的方向通常是指向南方的。这意味着在潮流沙脊附近，存在一种持续向南的水流，这对于解释水质点的偏移方向提供了依据。 #### 技术细节 - **数学模型**：研究采用的二维水动力数学模型能够有效模拟该区域的水动力学特征，包括流速分布、流向等关键参数。这种模型特别适用于宽浅型水域，如南黄海辐射沙脊群海域。 - **Lagrange质点示踪法**：该方法通过跟踪水质点在水体中的位置变化，可以直观地显示水质点的运动轨迹。这种方法对于研究水流引起的物质输运过程非常有用。 - **验证手段**：为了验证模拟结果的准确性，研究人员将模拟得到的水质点运动轨迹与实测的GPS漂流浮标运动轨迹进行了比对。结果显示两者吻合良好，进一步证实了所用方法的有效性。 #### 结论与应用价值 本研究通过数值模拟的方法成功地分析了南黄海辐射沙脊群西洋水域内的水质点运动轨迹，揭示了该区域复杂的水动力学特征及其对物质输运的影响。这些成果不仅加深了对该区域水动力学过程的理解，也为后续的相关研究提供了重要的参考数据和技术支持。此外，研究结果还可应用于海洋环境保护、航道规划等多个领域，具有重要的理论和实践意义。