渤海环流的季节变化及浮游生态动力学模拟

基于HAMSOM水动力学模式，同时考虑潮致、风生、热盐、径流入海等多种影响因素，以较高分辨率（2′×2′）模拟了渤海的环流，得到了渤海1999年四季环流的分布形态，分析了其中主要的影响因子，并就渤海海峡的进出流情况进行了重点探讨。在环流模拟的同时，以预报方式模拟了渤海1998-1999跨年度的水温变化。由于现有气象资料的分辨率偏低，本文通过从历史实测蒸发量反演的方法改善了海面潜热通量的计算，同时改进了模式本身在岸界处热收支方面的不足，较好地模拟了渤海1998-1999跨年度的水温变化。 环流模拟的结果显示渤海环流普遍较弱，主要受潮汐、风应力、热盐梯度力及径流入海等因素影响（径流主要影响渤海南部）。不同季节不同天气状况下各影响因子的主次关系会有不同，其中，潮致余流常年存在且流态稳定，从长期看是渤海环流的主要贡献者。1999年渤海四季环流的主要特征分别是：冬季（2月）风生流和潮致余流共同主导，表层普遍存在东南向的流动，中下层反之；春季（5月）风生流、潮致余流以及密度流共同占优，其中前两种因素常常相互叠加，使得春季渤海余流普遍增强；夏季（8月）渤海大部分海域受潮致余流和密度流影响，风生流有一定体现，黄河口外海余流较强，主要是受径流入海影响，渤海中南部受密度流的影响较大，辽西近海受风应力作用向南的流速分量增强，但还不足以使渤海环流整体上呈逆时针方向旋转；秋季（11月）几种因素的影响基本相当。 渤、黄海通过渤海海峡的水交换情况在不同季节也有一定差异，具体表现为春季为南进北出，其它几个季节为北进南出。此外，一个显著特征是海峡北部常年存在着一对进出流耦极子，呈北进南出的布局，主要是受辽东半岛岬角涡旋对的影响，本质是潮汐和特殊地形的共同作用。 在环流分析的基础上，基于HAMSOM水动力学模式，合理化选取生、化源函数及相应参数，构建了渤海的三维浮游生态动力学NPZD模型，模拟分析了渤海1999年浮游生态系统各状态变量的分布规律及变化特征。在生、化源函数的选取过程中，考虑到采用传统表达形式得到的模拟结果与实测情况在冬季有显著偏差，本文对浮游植物和浮游动物死亡率的表达形式作了改进，结果证明这种改进是有效的。 生态模拟的结果显示，渤海大部分海域浮游植物量（以叶绿素α的浓度表征）的年内变化呈双峰分布，冬季为一年中最低，叶绿素α的浓度约为0.2 mg／m3；春季发生水华，此时浮游植物量为一年中最高，叶绿素α的浓度可达6mg／m3，但水华持续时间较短，前后在半个月左右；夏季浮游植物量较低；8，9月份再次有水华出现，持续时间较长，可维持1个多月。 渤海不同海区浮游植物量的变化规律并不一致。中央海区在春、秋季分别发生一次水华，春季较秋季显著；渤海湾和辽东湾的水华则主要发生在夏季；莱州湾浮游植物量的变化规律与黄河径流量的变化规律基本一致。 关于浮游植物量的垂直分布，渤海中央海区在7、8月份受到温跃层影响，浮游植物量呈中层高、上下层低或中下层高、上层低的分布特点，越靠近外海受温跃层影响越显著，影响时间也越长；近岸由于水深较浅且湍混合强烈，浮游植物量在垂向上一般是均匀分布的。 环流对渤海浮游生态系统的分布特征有着较显著影响，主要体现在渤海通过 渤海海峡与外海的水交换上，这一过程和透明度以及层结分布的不均一性有关: 春季外海首先发生水华，并通过海峡南侧进入渤海内区，体现为高叶绿素的水舌; 随后外海水华消衰，内区水华发生，外海入流演变为低叶绿素特征，1999年5 月10日前后的大面观测较清晰地反映了这一过程。夏季渤海内区叶绿素浓度较 外海高，海峡处北进南出的流动使内区高叶绿素的海水从海峡南侧流出，外海低 叶绿素的海水从海峡北侧流入。此外，黄河入流对莱州湾及鲁北沿岸一带生态系 统的影响，以及辽东湾东侧沿岸流对局地生态系统的影响也都是较为显著的。