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长江口缺氧的ROMS-CoSiNE耦合数值模拟研究

周锋等   2017-11-07

      长江口缺氧为什么具有较大的时间和空间变率?受多种来源的营养盐输入以及复杂的物理-生态过程等因素影响,这个问题都缺乏定量的认识。本研究中,我们利用区域海洋模拟系统(ROMS)和CoSiNE生态模型,通过在线耦合模拟的方式,研究了2006年的长江口缺氧现象。当年的缺氧是长江口有缺氧数据记录以来面积最大的一次。通过对比分析模拟结果和观测数据间一系列的量化统计指标、过程以及空间分布形态,验证了耦合模式模拟结果与观测数据之间基本一致。模拟结果能很好地重现了缺氧的产生过程以及溶解氧的垂直剖面结构。利用模式也发现,在2006年的7月中旬与9月中旬,由热带风暴或者强北风事件引起的较强的搅拌过程削弱了水体层化,使底层水体的溶解氧浓度升高,即使缺氧在一定程度上得到缓解。风场的变化会改变长江冲淡水扩展的路径,从而会改变缺氧区的位置。通过耦合模式开展的一系列敏感实验表明,在夏季季风期间,如果营养盐浓度不变而河流输入淡水通量增加,缺氧范围也会相应增大;缺氧区的面积不仅受长江输入营养盐的影响,而且也受黑潮输入营养盐的影响;缺氧区面积的大小还跟底层沉积物耗氧有较大的关联。研究结果表明综合考虑了从河口到陆坡的包含物理和生物等多种因素共同作用的三维耦合生态预报模型,对于深入认识不断变化中的缺氧现象和过程是很有帮助的。

QQ截图20171107090652.jpg

图1. 长江口邻近海域环流和缺氧核心区示意图

图形表示模式的区域边界,箭头代表代表性环流特征,黄色阴影部分表示历年来缺氧核心位置。

QQ截图20171107091442.jpg

图2. 溶解氧剖面结构变化与风场变化的关系

a. 风向风速;b.风速大小(黑色实线)和模拟的水体层化强度(红色条形框);c.模拟的溶解氧剖面(彩色,其中溶解氧浓度3mg/l用黄色实线等值线表示)和密度剖面(虚线等值线),矩形框表示期间有强热带热带风暴碧利斯、台风艾云尼和台风珊珊)经过东海邻近海域。