强潮狭长海湾中垂直涡黏性系数与底拖曳系数的估计

垂直动量交换与底拖曳应力的准确刻画是目前区域海洋环流模拟中的主要困难,而基于现场观测的垂直涡黏性系数与底拖曳系数的估计是解决这一问题的最有效途径。本文通过3个海床基观测平台在1个强潮狭长海湾中的成功应用,获得了观测站位处水位、平均流速和高频湍流脉动的2周日连续观测资料,并由此计算分析了垂直涡黏性系数和底拖曳系数。结果表明:垂直涡黏性系数(AZ)具有显著的潮内变化,在M2分潮流占优的观测海区,AZ大致呈M4分潮变化,但同时存在明显的涨-落潮不对称性,涨急时较大,落急时较小。在垂向上,AZ大致呈抛物线分布,其最大值出现在底上4m左右,约为5.4×10-3 m2.s-1。基于方差方法和动量平衡法所估计的底拖曳系数的平均值分别为0.17×10-3和0.81×10-3,表明在岸线和底形复杂的狭长海湾内,形状阻力对底摩擦的贡献可显著大于界面阻力,数值模式中必须充分考虑形状阻力的作用。

强潮海湾中的湍流与混合:观测与数值模拟

对垂直剪切应力（雷诺应力）、湍动能剪切生成率与湍动能耗散率以及垂直涡黏性系数等湍流参数的现场观测与数值模拟，是理解强潮海湾中垂直混合过程及其动力与生物地球化学效应的基础．利用坐底ADCP流速观测资料、湍流剖面观测资料以及二阶湍流封闭模型，本文对一典型强潮海湾（厦门湾）中的湍流混合过程进行了观测与数值模拟研究．观测结果表明：在M：分潮占优的厦门湾中，湍动能剪切生成率与湍动能耗散率等湍流参数呈现明显的M。分潮周期，并具有显著的涨．落潮不对称性，涨潮时强，落潮时弱．在涨潮期间，整个水体在垂向上近似混合均匀，湍动能剪切生成率和垂直涡黏性系数的垂向平均值分别达到5×10^-6m^2s^-3和2×10^-2^m2s^-1；在落潮期间，强湍流则主要局限于厚度为5～8m的底边界层内，且湍流强度随离底距离的增大而逐渐减小．基于重力位能异常控制方程的分析表明，潮流拉伸是造成湍流强度涨．落潮不对称性的主要原因，潮混合的贡献较小．基于二阶湍流封闭模型的模拟结果与实测结果的对比分析表明，在弱层化强潮海湾中，二阶湍流封闭模型能够较好地模拟湍动能耗散率与垂直涡黏性系等湍流参数的垂向结构与潮内变化；模拟结果与实测值之间的差异主要源于一些理想化的模型假设和数学近似．