中国东南近海跨陆架穿刺锋面的数值模拟及其动力机制研究

Cross-shelf penetrating fronts （CPF） are recently reported oceanographic phenomenon, which spatial structure and temporal variability have been preliminary studied, while its dynamics remain ambiguous. In this study, the Princeton Ocean Model (POM) will be employed to simulate the CPF off the southeast coasts of China. By the numerical simulation, the CPF's response to alternative of dynamical factors such as wind stress, instability waves, topography and coastal currents will be checked while the quantities estimation of the cross shelf material transport induced by CPF will be indicated. It is wished that through the implementation of this project, the dynamics of the CPF and the transport induced by CPF are revealed which can proved an important scientific basis for environmental protection and sustainable development of this area.

跨陆架穿刺锋面是一种新发现的物理海洋学现象，其锋面的空间结构和变化特征已有初步的研究结果，但对其动力机制还缺乏足够的认识。本项目将利用普林斯顿大学的POM数值模型模拟出真实背景场下中国东南近海的跨陆架穿刺锋面，利用数值实验揭示地形、风场、不稳定波及沿岸流等动力要素在跨陆架穿刺锋面形成过程中所扮演的角色及其相互作用机理，并定量评估穿刺锋面导致的跨陆架物质输运。我们希望能通过本项目的实施，揭示中国东南近海跨陆架穿刺锋面的动力机制并定量估算穿刺锋面造成的跨陆架物质输运,为该海区的环境保护和可持续性发展提供重要的科学依据。

跨陆架穿刺锋面是一个新的海洋现象，其锋面的时空结构和变化特征已有初步的研究结果，但对其动力学过程和生成机制还缺乏足够的认识。通过本项目的研究，初步确认了穿刺锋面的生成是存在一支跨陆架方向的急流，该急流是由近海沿岸方向的密度梯度锋面导致的不稳定波，并与沿岸流的相互作用导致的。该急流将近岸的淡盐水与高营养盐输运至离岸外海，导致了表层高叶绿素浓度，从而被水色卫星捕捉。这种穿刺锋面主要成因是携带高营养盐的离岸急流，而不是局地上升流作用。本项目利用普林斯顿大学的POM数值模型初步模拟出了真实背景场下中国东南沿海的跨陆架穿刺锋面，重点针对穿刺锋面的出现最密集的冬季情况进行了动力机制分析。在模式中，冬季跨陆架穿刺锋面的产生主要是由于冬季中国黄东海盛行北风，产生向岸的艾克曼的输运，水体在近岸产生幅聚。当北风松弛时，近岸的水体幅聚在近岸密度锋面造成的不稳定波的诱导下，沿跨陆架方向产生急流，将近岸物质输运到外海。模式中与不稳定波相关的水平艾克曼数变化范围处于产生不稳定波的临界值上下，所以模式中跨陆架急流的产生是不稳定波与沿岸流相互作用的共同结果。