郭俊如， 宋 軍， 夏穎穎， 鮑獻(xiàn)文,4， 劉玉龍， 陳新平， 姚志剛,4， 袁澤軼

(1.中國(guó)海洋大學(xué)海洋環(huán)境學(xué)院，山東 青島 266100;2.國(guó)家海洋減災(zāi)中心，北京 100194;3. 國(guó)家海洋信息中心，天津 300171；4.中國(guó)海洋大學(xué)物理海洋教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100)

?

遼寧長(zhǎng)?？h附近海域顆粒有機(jī)碳和溶解有機(jī)碳交換能力的數(shù)值模擬*I模式的建立和驗(yàn)證

郭俊如1,2,4， 宋 軍1,3,4， 夏穎穎1， 鮑獻(xiàn)文1,4， 劉玉龍3， 陳新平2， 姚志剛1,4， 袁澤軼3

(1.中國(guó)海洋大學(xué)海洋環(huán)境學(xué)院，山東 青島 266100;2.國(guó)家海洋減災(zāi)中心，北京 100194;3. 國(guó)家海洋信息中心，天津 300171；4.中國(guó)海洋大學(xué)物理海洋教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100)

基于無(wú)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和有限體積法的海洋模型FVCOM(Finite Volume Coastal Ocean Model)，并結(jié)合2個(gè)連續(xù)測(cè)流站、2個(gè)水位站的觀測(cè)資料，選取對(duì)養(yǎng)殖潛力影響最大的顆粒有機(jī)碳(POC)和溶解有機(jī)碳(DOC)作為本研究海區(qū)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的表征變量，依據(jù)不同季節(jié)和影響因子共設(shè)計(jì)了18種計(jì)算方案，對(duì)長(zhǎng)?？h附近海域營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的交換能力分別進(jìn)行了診斷和計(jì)算，對(duì)各個(gè)影響因子在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)交換過(guò)程中的重要性進(jìn)行了初步評(píng)估。研究得出，北黃海環(huán)流對(duì)該海域物質(zhì)交換能力的促進(jìn)作用強(qiáng)于風(fēng)生流的作用。

北黃海； 長(zhǎng)海縣； 水交換能力； POC； DOC； FVCOM； 數(shù)值模擬

長(zhǎng)?？h位于遼東半島東側(cè)的黃海北部，東與朝鮮半島隔海相望，西南與山東省廟島全島相對(duì)，西部和北部海域與普蘭店等相毗鄰，共轄112個(gè)島嶼，5處群礁以及51個(gè)明礁，東西跨度達(dá)到百余公里。長(zhǎng)?？h的經(jīng)濟(jì)支柱主要以水產(chǎn)養(yǎng)殖為主，全縣共有適合浮筏養(yǎng)殖淺海水面1.6萬(wàn)hm2，適合底播增殖貝、藻類的海底面積9.7萬(wàn)hm2，適合魚類人工流放增殖的海域面積13萬(wàn)hm2。對(duì)長(zhǎng)?？h附近海域海水營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)交換問(wèn)題的研究具有非常現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。

長(zhǎng)?？h附近海域的海水交換及其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸運(yùn)受到多種因素的制約和影響[1-3]。首先研究海域內(nèi)島嶼星羅密布，岸線水深復(fù)雜多變，潮汐潮流特征顯著，從而導(dǎo)致該海區(qū)內(nèi)溫鹽和環(huán)流結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜[4-8]；其次，風(fēng)場(chǎng)等大氣強(qiáng)迫對(duì)研究海域內(nèi)水動(dòng)力環(huán)境的演變過(guò)程也有著十分顯著的影響[9-14]，這一點(diǎn)可以從長(zhǎng)海縣所處的北黃海海域溫鹽及環(huán)流場(chǎng)的季節(jié)演變中得到證實(shí)[2，15-18]，從而可以預(yù)見(jiàn)到研究海域內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的交換也應(yīng)當(dāng)存在比較明顯的季節(jié)特征；第三，在近海海域營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分布和輸運(yùn)的研究中，徑流輸入也是一個(gè)應(yīng)當(dāng)考慮的因素，一方面徑流所攜入海的各種營(yíng)養(yǎng)鹽等提供了近海營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)變化的“源”，另一方面徑流自身也影響和改變了周邊的水動(dòng)力環(huán)境場(chǎng)，進(jìn)而影響了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分布和輸運(yùn)；此外，長(zhǎng)?？h附近海域所處的北黃海背景溫鹽場(chǎng)以及環(huán)流結(jié)構(gòu)的變化也對(duì)研究海域內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸運(yùn)有著重要影響，因此，對(duì)長(zhǎng)?？h附近海域營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)交換問(wèn)題的研究中應(yīng)當(dāng)綜合考慮上述所有影響因子。這其中一個(gè)比較重要的問(wèn)題即是對(duì)交換過(guò)程中各影響因子作用及重要性的研究，這有助于我們加深對(duì)該海區(qū)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)交換過(guò)程的理解和認(rèn)識(shí)，亦即本文的主要研究目標(biāo)。

1 研究方法

基于上述研究目標(biāo)，本文采用了當(dāng)前國(guó)際先進(jìn)的非結(jié)構(gòu)有限體積模型FVCOM(Finite Volume Coastal Ocean Model)[3]，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，針對(duì)影響長(zhǎng)?？h營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸運(yùn)的各因子設(shè)計(jì)了一系列的敏感性試驗(yàn)，對(duì)研究海區(qū)內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸運(yùn)過(guò)程進(jìn)行了研究。特別值得一提的是，F(xiàn)VCOM模型基于非結(jié)構(gòu)的三角網(wǎng)格，從而在岸線地形復(fù)雜的島嶼附近具有較高的空間分辨率，可以較好的模擬復(fù)雜地理特征下的水動(dòng)力學(xué)過(guò)程，因而特別適合本文的研究海域-位于北黃海的長(zhǎng)?？h附近海域。

1.1 模型配置

研究海域?yàn)殚L(zhǎng)海縣全海域(見(jiàn)圖1)，模型計(jì)算區(qū)域的范圍為31.8°N～41.0°N，117.5°E～127.0°E(見(jiàn)圖2)，包括整個(gè)渤黃海海域，最大網(wǎng)格分辨率3′(約5000m)。為盡可能的模擬出長(zhǎng)?？h海域的海流狀況，對(duì)長(zhǎng)?？h海域進(jìn)行了加密，最小水平網(wǎng)格分辨率達(dá)到20m，平均網(wǎng)格分辨率小于100m，垂向采用sigma坐標(biāo)，共分6層。網(wǎng)格的分辨率幾乎達(dá)到了模擬真實(shí)地形的程度[3]。模型的底摩擦系數(shù)基于張繼才與呂咸青[19]的同化研究結(jié)果。外海開(kāi)邊界的溫度、鹽度與流通量來(lái)自經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的大區(qū)ROMS模型的結(jié)果[3,24]，而開(kāi)邊界處用于預(yù)報(bào)諧振潮潮位與潮流強(qiáng)迫條件的調(diào)和常數(shù)則來(lái)自于NAO99 全球潮汐模型所提供的8 個(gè)分潮(M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1、Q1)的數(shù)據(jù)(http://www.miz.nao.ac.jp/staffs/nao99/index_En.html)。海表熱通量條件來(lái)自于空間分辨率為2(°)×2(°)、時(shí)間分辨率為每日一次，來(lái)源于美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心數(shù)據(jù)(http://nomads.ncep.noaa.gov/txt_descriptions/servers.shtml)。同樣為每日一次，空間分辨率為1/4(°)×1/4(°)的海表面風(fēng)應(yīng)力場(chǎng)數(shù)據(jù)則來(lái)源于 the Blended Sea Winds(http://www.ncdc.noaa.gov/oa/rsad/seawinds.html)。模型岸邊界條件由如下公式給出：

圖1 長(zhǎng)?？h海域行政區(qū)域劃分圖(綠線)與驗(yàn)潮站、測(cè)流站站位分布圖(a)以及水深等值線圖(b)Fig.1 The stations of water lever(W)、current(S) observation(a) and Topography(b)

((a)FVCOM模型的計(jì)算區(qū)域(31.8°N～41°N，117.5°E～127°E)與水深；(b)長(zhǎng)?？h海域網(wǎng)格配置。(a)Calculation area and depth of fvcom; (b)The gricl configure of Changhai country area.)

圖2 模型區(qū)域及網(wǎng)格配置
Fig.2 Model area and its mesh-system configure

(1)

(2)

其中：C為物質(zhì)的濃度；D為水深(平均水深與水位的和)；u、v和w分別為x、y和z方向的流速分量；W為源匯項(xiàng)；AH與KH為物質(zhì)的水平擴(kuò)散系數(shù)與垂向擴(kuò)散系數(shù)。需要說(shuō)明的是，由于長(zhǎng)?？h所轄海域無(wú)陸地邊界，海域附近的鴨綠江等主要主要徑流攜帶大量淡水和有機(jī)物質(zhì)通量注意該海域的周邊海域(外海)，所以在以長(zhǎng)?？h海域?yàn)檠芯磕繕?biāo)時(shí)，徑流作為影響該海域外海的條件引入，而受水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料的限制，在考慮該海域與外海物質(zhì)交換時(shí)，外海海域的有機(jī)物質(zhì)濃度只能給出平均值。所以，本文中徑流的影響主要是指徑流影響水動(dòng)力環(huán)境而進(jìn)一步對(duì)物質(zhì)交換造成的影響，而徑流的物質(zhì)通量的影響已經(jīng)包括在所有列及的模型實(shí)驗(yàn)中。

1.2 模型驗(yàn)證

為了獲得長(zhǎng)海縣海域近期的水文動(dòng)力特征以對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。本研究開(kāi)展了該海域冬季(2007年1月) 2個(gè)站位1個(gè)月的連續(xù)水位觀測(cè)和2個(gè)站位海流大、中、小潮的25h連續(xù)觀測(cè)[25](站位分布如圖1所示，這里的中潮觀測(cè)選取的是大潮日和小潮日中間的一天，即2007年1月6日)。圖3～6為模型控制實(shí)驗(yàn)的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)水位、流速資料的對(duì)比圖，模式結(jié)果與實(shí)測(cè)資料的誤差已達(dá)到了此次研究的需要。其中水位的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值幾乎吻合，流速與流向結(jié)果的誤差小于10%。于是，基于這一相對(duì)可靠的數(shù)值模型，作者可以更進(jìn)一步的加入各種因素并研究其對(duì)作者所關(guān)心問(wèn)題的影響程度。

圖3 W1驗(yàn)潮站處的計(jì)算水位(藍(lán)線)與實(shí)測(cè)水位(紅線)對(duì)比圖Fig.3 Validation of the result of water level (blue line) from ocean model with observation (red line) in the station of W1

圖4 W2驗(yàn)潮站處的計(jì)算水位(藍(lán)線)與實(shí)測(cè)水位(紅線)對(duì)比圖

2 敏感性數(shù)值試驗(yàn)設(shè)計(jì)

基于經(jīng)過(guò)觀測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證的潮汐模型[3]，主要針對(duì)冬、夏2個(gè)典型季節(jié)下潮汐潮流、環(huán)流、風(fēng)和徑流等不同影響因子的作用，共設(shè)計(jì)了18種不同強(qiáng)迫條件下的數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，分別包括冬、夏季純潮驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)(方案1，11)以及冬、夏季不同強(qiáng)迫條件組合(方案2～10，方案12～18)。夏季計(jì)算時(shí)間段為2006年6～8月，冬季計(jì)算時(shí)間段為2006年12月～2007年2月，具體設(shè)計(jì)方案見(jiàn)表1。

通過(guò)對(duì)這些數(shù)值計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行診斷分析，對(duì)各影響因子在研究海區(qū)內(nèi)水交換及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)交換過(guò)程中的作用將在本文和本文后續(xù)文章中進(jìn)行較全面的評(píng)估。本文基于溶解有機(jī)物濃度與顆粒有機(jī)物濃度的調(diào)查觀測(cè)資料，并結(jié)合經(jīng)典的對(duì)流擴(kuò)散模型[20-23]， 計(jì)算了各時(shí)間段內(nèi)海區(qū)有機(jī)物質(zhì)總量在不考慮生物消耗與生產(chǎn)情況下的絕對(duì)變化。

圖5 S1測(cè)流站大潮底層流速(左)流向(右)模擬結(jié)果(虛線)與實(shí)測(cè)(實(shí)線)對(duì)比

圖6 S2測(cè)流站小潮表層流速(左)流向(右)模擬結(jié)果(虛線)與實(shí)測(cè)(實(shí)線)對(duì)比

夏季Sumer冬季W(wǎng)inter夏季純潮正壓模型(方案11)冬季純潮正壓模型(方案1)潮+夏季溫鹽(方案12)潮+冬季溫鹽(方案2)潮+夏季溫鹽+夏季徑流(方案13)潮+冬季溫鹽+冬季徑流(方案3)潮+夏季溫鹽+夏季徑流+夏季風(fēng)(方案14)潮+冬季溫鹽+冬季徑流+冬季風(fēng)(方案4)潮+夏季溫鹽+夏季雙倍流量徑流+夏季風(fēng)(方案15)潮+冬季溫鹽+冬季雙倍流量徑流+冬季風(fēng)(方案5)潮+夏季溫鹽+夏季徑流+夏季雙倍風(fēng)速風(fēng)(方案16)潮+冬季溫鹽+冬季徑流+冬季雙倍風(fēng)速風(fēng)(方案6)潮+夏季溫鹽+夏季徑流+夏季氣候態(tài)風(fēng)(方案17)潮+冬季溫鹽+冬季徑流+冬季氣候態(tài)風(fēng)(方案7)潮+夏季風(fēng)(方案18)潮+冬季風(fēng)(方案8)潮+冬季氣候態(tài)風(fēng)(方案9)潮+冬季溫鹽+冬季徑流+冬季1.5倍風(fēng)速風(fēng)(方案10)

(3)

其中：Mt表示時(shí)間段t內(nèi)所研究物質(zhì)的量的變化大?。籕為某時(shí)刻研究區(qū)域物質(zhì)的總量；He為三維計(jì)算單元e的垂向高度；Se為三維計(jì)算單元e的網(wǎng)格面積；Ce為三維計(jì)算單元e內(nèi)的物質(zhì)濃度；t1為時(shí)間段t的結(jié)束時(shí)刻；t0為時(shí)間段t的開(kāi)始時(shí)刻；本文中Mt的測(cè)算單位為噸?；谑?的計(jì)算結(jié)果，作者將在下文中對(duì)不同時(shí)間段內(nèi)各種影響因素對(duì)研究海域內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)交換所造成的影響進(jìn)行討論。

3 潮汐潮流對(duì)長(zhǎng)?？h海域水交換與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)交換的影響

長(zhǎng)海縣海域潮流運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)明顯的旋轉(zhuǎn)流特性，潮汐類型表現(xiàn)為正規(guī)半日潮。大區(qū)的潮流規(guī)律為漲潮時(shí)海流自黃海東部流入，落潮時(shí)由渤海自渤海海峽流出。長(zhǎng)海縣及其各鄉(xiāng)海域在此潮流背景下，不同潮時(shí)(大中小潮，其中本文中潮定義為大潮日與小潮日中間一天的潮汐)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(顆粒有機(jī)碳與溶解有機(jī)碳)的交換情況對(duì)比如圖7～9所示。

圖7 冬季長(zhǎng)海縣海域各站在不同潮時(shí)下顆粒有機(jī)碳(POC)交換量Fig.7 Different exchange strength of POC in different kinds of winter tide days in country Changhai

3.1 冬季交換情況

(1)代表顆粒有機(jī)物的顆粒有機(jī)碳(POC)的交換情況(見(jiàn)圖7)。

由圖7可以看出，長(zhǎng)?？h大部分海域在中潮時(shí)POC交換能力最強(qiáng)，其次是大潮時(shí)，小潮時(shí)POC交換能力最小。但在獐子島與海洋鄉(xiāng)，POC交換能力在大潮時(shí)最大，次之為中潮與小潮。從POC交換能力的垂直結(jié)構(gòu)上來(lái)看，由于積分計(jì)算是根據(jù)觀測(cè)時(shí)所采用的六點(diǎn)法分層(即表面、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H、底層)所分出的5個(gè)垂向平分的水層進(jìn)行的，所以各層的交換量具有直觀的對(duì)比性。僅就潮汐作用下的水交換量來(lái)看，除海洋鄉(xiāng)外，其他區(qū)域皆為表層的POC交換能力最強(qiáng)，海洋鄉(xiāng)POC交換能力表現(xiàn)為底層較強(qiáng)。各海域具體的交換能力可以參考圖7中的數(shù)值。

(2) 代表溶解有機(jī)物的溶解有機(jī)碳(DOC)的交換情況(見(jiàn)圖8)。

圖8 冬季長(zhǎng)?？h海域各站在不同潮時(shí)下溶解有機(jī)碳(DOC)交換量Fig.8 Different exchange strength of DOC in different kinds of winter tide days in country Changhai

由圖8可以看出，與POC的情況不同，DOC的交換能力在獐子島與海洋鄉(xiāng)表現(xiàn)為中潮時(shí)最強(qiáng)，次之為大潮時(shí)，小潮時(shí)最小，而在大小長(zhǎng)山則表現(xiàn)為大潮時(shí)最大，中潮與小潮次之。廣鹿鄉(xiāng)海域則表現(xiàn)為小潮時(shí)交換能力最強(qiáng)。各海域具體的交換潛力可以參考圖8中的數(shù)值。值得注意的是，廣鹿鄉(xiāng)在大潮的時(shí)候DOC的交換潛力是正的，即增加的，而在中潮和小潮時(shí)卻是減小的。

3.2 夏季交換情況

圖9為基于方案14的長(zhǎng)?？h海域數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果。從圖中可以看出，與冬季的交換情況不同，夏季長(zhǎng)?？h海域POC與DOC不同潮時(shí)下交換能力差別顯著。大潮時(shí)交換量明顯較大，其次為中潮，小潮時(shí)交換量最小。從垂向分布結(jié)構(gòu)來(lái)看，可以看出無(wú)論是POC還是DOC，均表現(xiàn)為中間3層的交換量較表層、底層交換量高。

圖9 夏季不同潮時(shí)下長(zhǎng)?？h海域POC(左圖)和DOC(右圖)交換量對(duì)比Fig.9 Different exchange strength of POC and DOC in different kinds of summer tide days in country Changhai

4 環(huán)流對(duì)長(zhǎng)海縣海域水交換與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)交換的影響

環(huán)流一般包括密度流、局地風(fēng)生流和外海傳入流，本研究所涉及風(fēng)和風(fēng)應(yīng)力都是指局地風(fēng)。為了方便細(xì)化對(duì)比，在此局地風(fēng)生流對(duì)比時(shí)提到的環(huán)流指的是無(wú)局地風(fēng)影響的環(huán)流。北黃海的環(huán)流主要包括黃海暖流及黃海沿岸流，其中黃海暖流是外海水輸入的主要來(lái)源。雖然北黃海主要環(huán)流流速僅有最大潮流的十分之一，但考慮到其流向終年比較穩(wěn)定，與周期往復(fù)的潮流相比，北黃海的環(huán)流對(duì)研究海區(qū)水體以及物質(zhì)輸運(yùn)有著更加顯著的影響。此外，風(fēng)應(yīng)力對(duì)研究海域的環(huán)流，尤其是表層環(huán)流也有著重要影響，具體表現(xiàn)為冬季表層流多南向流，而夏季則多偏北流，表層海流具有明顯的風(fēng)海流性質(zhì)。由于黃海環(huán)流的流速有著冬季強(qiáng)、夏季弱的特點(diǎn)，因此本文中重點(diǎn)對(duì)冬季大潮期間黃海北部環(huán)流背景場(chǎng)與風(fēng)應(yīng)力作用對(duì)研究海區(qū)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)交換情況的影響進(jìn)行分析。

圖10描述的是長(zhǎng)海縣海域各層在僅有潮汐作用的正壓潮汐模型(方案1)、不加風(fēng)與徑流的斜壓潮汐模型(方案2)、不加風(fēng)加徑流的斜壓潮汐模型(方案3)以及加風(fēng)加徑流的斜壓潮汐模型(方案4)3種情況作用下，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的交換情況的對(duì)比。

圖10 長(zhǎng)?？h海域冬季潮汐、黃海北部環(huán)流(無(wú)局地風(fēng)影響)和局地風(fēng)生流對(duì)POC(左圖)和DOC(右圖)交換量的影響對(duì)比Fig.10 Different exchange strength of POC and DOC are influenced by tide, circulation and wind in country Changhai

從圖中可以看出，風(fēng)對(duì)表層的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸運(yùn)起著決定性的作用，并且可能會(huì)使表層輸運(yùn)計(jì)算結(jié)果的數(shù)值反號(hào)，即表層原本在潮汐作用下會(huì)增加的量由于風(fēng)應(yīng)力作用反而會(huì)減小。但風(fēng)應(yīng)力對(duì)下層的水層，特別是水深較淺的情況下，由于質(zhì)量守恒會(huì)產(chǎn)生反向的補(bǔ)償流，一般會(huì)加強(qiáng)僅有潮汐作用情況下的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸運(yùn)程度。

此外可以看出，北黃海環(huán)流對(duì)研究海區(qū)內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸運(yùn)一般呈加強(qiáng)的趨勢(shì)，其增加的量甚至可以達(dá)到一倍以上。這也與上面的理論分析結(jié)果一致。

值得說(shuō)明的是，雖然在風(fēng)應(yīng)力的持續(xù)作用下會(huì)對(duì)流場(chǎng)特別是表層流場(chǎng)有著顯著的影響，但其對(duì)整個(gè)水層的影響存在明顯的垂直變化，因此整體而言，風(fēng)應(yīng)力對(duì)研究海區(qū)內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸運(yùn)的影響較北黃海背景場(chǎng)環(huán)流偏弱，尤其是考慮到二者間的非線性作用時(shí)，北黃海環(huán)流背景場(chǎng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸運(yùn)的影響會(huì)更加顯著。

5 徑流輸入對(duì)長(zhǎng)?？h海域水交換與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)交換的影響

一般認(rèn)為海區(qū)周邊的徑流輸入會(huì)對(duì)海域內(nèi)余流的流速流向產(chǎn)生一定影響，此外，徑流入海所輸入的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)研究海域內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的改變也有顯著的影響。因此本文考慮了渤海和北黃海海域周邊的黃河、海河、灤河、遼河、愛(ài)河、大洋河及鴨綠江等主要徑流輸入對(duì)長(zhǎng)?？h海域營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸運(yùn)情況的影響，并與無(wú)徑流輸入的控制試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比。

圖11分別給出了長(zhǎng)海縣海域各層在僅有潮汐作用的正壓潮汐模型(方案1)，不加風(fēng)與徑流的斜壓潮汐模型(方案2)，以及不加風(fēng)但加徑流的斜壓潮汐模型(方案3)3種情況作用下?tīng)I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的交換情況的對(duì)比。由上節(jié)的分析與圖11可以看出，徑流(主要是鴨綠江)對(duì)長(zhǎng)?？h海域營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸運(yùn)有一定的影響，但影響不占主導(dǎo)地位，不超過(guò)5%。將徑流的流量在平均水平上人為加大一倍之后，其影響也不超過(guò)10%。

圖11 長(zhǎng)?？h海域夏季徑流對(duì)POC(左圖)和DOC(右圖)交換量的影響Fig.11 Different exchange strength of POC(Left) and DOC(Right) are influenced by river in country Changhai

6 結(jié)論

本文應(yīng)用無(wú)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和有限體積法的海洋模型FVCOM(Finite Volume Coastal Ocean Model)，結(jié)合4個(gè)連續(xù)測(cè)流站、3個(gè)水位站以及1個(gè)坐底ADCP的觀測(cè)資料，選取顆粒有機(jī)物(POM)和溶解有機(jī)物(DOM)作為本研究海區(qū)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的表征變量，依據(jù)不同季節(jié)和影響因子共設(shè)計(jì)了18種計(jì)算方案，對(duì)潮汐潮流、環(huán)流、風(fēng)和徑流在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)交換過(guò)程中的重要性進(jìn)行了評(píng)估。研究結(jié)論如下：

(1)長(zhǎng)?？h海域冬、夏季不同潮時(shí)下顆粒有機(jī)物、溶解有機(jī)物的交換能力不同。夏季長(zhǎng)?？h海域，POC與DOC在不同潮時(shí)下交換能力差別顯著，大潮時(shí)交換量明顯較大，其次為中潮，小潮時(shí)交換能力最小。從垂向分布結(jié)構(gòu)來(lái)看，無(wú)論是POC還是DOC，均表現(xiàn)出中層水的交換量最大，表層水、底層水的交換量次之的特點(diǎn)；

(2)北黃海環(huán)流對(duì)研究海區(qū)內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸運(yùn)一般呈加強(qiáng)的趨勢(shì)，其增加的量甚至可以達(dá)到一倍以上；

(3)整體而言，風(fēng)應(yīng)力對(duì)該海區(qū)內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸運(yùn)的影響小于北黃海環(huán)流的影響；

(4)徑流(主要是鴨綠江)對(duì)長(zhǎng)?？h海域營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸運(yùn)有一定的影響，但影響在各因子總的影響中所占的比重小于5%。

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責(zé)任編輯 龐 旻

Numerical Simulation of Exchange of POC and DOC in the Sea Waters Adjacent to Changhai County, Liaoning Province, China Part I: Model Development and Verification

GUO Jun-Ru1,2,4, SONG Jun1, 3,4, XIA Ying-Ying1, BAO Xian-Wen1,4, LIU Yu-Long3, CHEN Xin-Ping2, YAO Zhi-Gang1,4, YUAN Ze-Yi3

(1 College of Physical and Environmental Oceanography, Ocean University of China, Qingdao 266100, China;2 National Marine Hazard Mitigation Service, SOA, Beijing 100194, China;3 National Marine Data and Information Service, SOA, Tianjin 300171, China; 4 The Key Caboratory of Physical Oceanography, Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266100, China.)

By making use of FVCOM(An Unstructured Grid, Finite-Volume Coastal Ocean Model) and being based on the consecutively observed data from four hydrometric stations, three waterlevel instruments and one ADCP in this sea area, choosing POC and DOC which have the most significant impact on the potential of mariculture as study variables to represent the seeds of nutrients, we calculated and diagnostically analyzed the exchange capacity of nutrients County Chinghai in eighteen conditions based on the proportions of different factors and seasons. The importance assessment of each factor during the nutrients exchange is provided. This study indicated that the material exchange in North Yellow Sea was strongly influenced by baroclinic flow and wind-driven current, and the former had more effect.

Yellow Sea; County Chinghai; water exchange ability; POC; DOC; FVCOM; numorical simulation

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41206013；41106004；41376014)；國(guó)家海洋局青年科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(2012202；2013203； 2012223)；教育部物理海洋重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目；海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201205018；201005019)；國(guó)家建設(shè)高水平大學(xué)公派研究生項(xiàng)目(留金出[2008]3019,[2012]3013)資助

2013-11-05；

2013-12-07

郭俊如(1986-)，女，博士生。

** 通訊作者： E-mail：thunder098@hotmail.com

P731.2

A

1672-5174(2015)04-018-09

10.16441/j.cnki.hdxb.20130410