枯水期伶仃洋冲淡水的数值模拟与盐度的锋面特征分析

Lingdingyang is the largest estuary of the Pearl River, receiving more than 50% river discharge from the river system. The salinity front in Lingdingyang, mainly driven by tide, river discharge and the monsoon wind under a complex dynamics setup, is a very important phenomenon that links with the estuarine circulations and its seasonal variability. This project aims to examine the dynamics of the river plume and the salinity front as well as the cross-front water exchange at the dry season of Lingdingyang. The research approaches combine the in-situ hydrographic survey, satellite data analysis and unstructured-grid high-resolution numerical simulations. Using carefully designed numerical experiments, this study will explore three important aspects related to the river plume and the salinity front including the dynamical process of their formation; the driving mechanism of tide, river discharge and wind on the variability of the salinity front; and the influence of frontal circulations on the cross-front water exchange. Since the observations of river discharge are all made on the upper limit of tidal influence of the major river streams, the established estuarine circulation model also incorporates the complex Pearl River Estuary(PRE) river system. This is on a contrary to previous modeling studies and it will ensure a better result of the simulated salinity front since the correct distributions of river discharge over the major outlets of the PRE can be maintained. This study will be the physical foundations for further analysis such as estuarine water exchange, environmental capacity and ecosystem dynamics in this region.

伶仃洋是珠江最大的入海河口湾，承纳了珠江入海流量的近50%。伶仃洋的盐度锋面受潮汐、径流、季风的驱动，动力过程十分复杂，是研究伶仃洋环流时、空变化规律的关键。本项目拟针对枯水期伶仃洋冲淡水和盐度锋面的动力过程以及跨锋面物质输移能力展开研究。研究的方法结合了现场调查、卫星遥感资料分析和基于非结构网格的高分辨率三维数值模拟。通过数值实验，项目将深入探讨伶仃洋冲淡水扩展和盐度锋面形成的动力机制；潮汐、径流和风对盐度锋面维持与变异的控制机理；锋区纵向环流结构对跨锋面物质输送能力的影响。鉴于珠江河流径流量的观测均位于潮流界的上限，本项目将珠江河网与河口作为一个整体建立模型，保证了入海流量在主要入海门门间的正确分配关系，可显著提高盐度锋面的模拟精度。本研究将为进一步分析伶仃洋的水体交换，环境容量以及河口生态系统动力过程提供物理依据。

伶仃洋是珠江最大的入海河口湾，承纳了珠江入海流量的近50%。伶仃洋的盐度锋面受潮汐、径流、季风的驱动，动力过程十分复杂，是研究伶仃洋环流时、空变化规律的关键。项目通过现场观测、卫星资料分析和数值模拟分析了枯季伶仃洋冲淡水和盐度锋面的动力特征以及控制其时空变化的物理机制。主要的研究内容包括，1）枯季伶仃洋冲淡水和盐度锋面的卫星遥感资料分析；2）枯季伶仃洋冲淡水和盐度锋面的现场水文观测；3）枯季伶仃洋冲淡水和盐度锋面时空变化的数值模拟；4）枯季控制伶仃洋冲淡水和盐度锋面物理过程的机制分析。通过这些研究，我们得出了以下主要结论：1）对于像伶仃洋这样具有分汊河网的河口湾，研究其冲淡水的动力必须要考虑河流与河口过程之间的相互作用；2）冬季河口湾内的冲淡水通常处于下沉流风和潮汐的协同控制之下。与下沉流风影响近岸冲淡水的动力不同，下沉流风和潮汐对河口冲淡水既有局地也有远程的调控机制；3）淇澳岛处海峡是影响枯季伶仃洋冲淡水的关键区域。落潮时，冲淡水在淇澳岛处下方形成了一个类似于Connecticut河冲淡水锋面的小尺度强盐度锋面。该锋面对淇澳海峡处冲淡水下泄流量有调控作用，是局地小尺度物理过程与整个河口尺度的动力过程相互耦合的结果；4）枯季伶仃洋冲淡水随潮汐的混合、扩散存在明显的三级盐度锋面结构。这一现象在长江口有所报道，在珠江口发现尚属首次，但需进一步通过现场观测证实。除了以上研究成果，我们还建立了珠江河网-河口-陆架高分辨率三维海洋、大气模型系统，为区域海洋学研究提供了一套面向实际应用的，可持续发展的模型工具。我们的研究在科学上主要阐明了对于伶仃洋这样局地-河口尺度过程强烈耦合、河流-河口-陆架过程紧密联系的强非线性河口，我们对其动力学的认识既要考虑细节也要全局统筹考虑。这有助于我们建立对伶仃洋动力环境的系统理论，深入认识盐水入侵、低氧、污染物扩散等问题的物理机制。