近海拉格朗日时均环流及长期输运理论体系的建立
完成单位:中国海洋大学

支撑项目(平台):物理海洋教育部重点实验室

参与单位:中国海洋大学

所属学科:海洋科学

主要贡献者:冯士筰,孙文心,奚盘根等,孙文心,奚盘根等

成就简介:浅海环流和长期物质输运是近海环境海洋学研究焦点。本成果建立的拉格朗日余环流和长期输运方程独具特色,物理意义异常明确,且对长期物质输运的计算提供了非常节省的计算模型,已有广泛应用。

建立的近海拉格朗日时均环流及长期输运理论体系揭示了拉格朗日余流依赖于潮位相的规律,从深度平均二维潮系统模型推广为三维潮系统模型,进而发展为斜压浅海多频潮系统中的模型,被国际同行认为是对于拉格朗日余流研究的一个重要贡献。这一概念和公式被广泛应用到国际上环境海洋研究的重点区域如中国的渤海、胶州湾、象山港、美国的Chesapeake湾,黄东海、Vancouver岛周边海域、欧洲的北海,英吉利海峡等海域,利用该理论研究了拉格朗日余环流场、水微团轨迹以及长期流动,解决了以往潮致余环流研究中质量不守恒的科学问题。
该理论使用物质输运速度即最低阶的拉格朗日余流作为对流速度,建立了一种新型的长期输运方程式,该方程式是在与潮流同阶的准定常流(如河口中大径流或东中国海黑潮)共同占优斜压系统中的长期输运方程式。该方程提出后,国际同行命名为拉格朗日余输运方程。这不仅在理论上是对于经典长期输运方程式的一种扬弃,而且该方程是一种高效能的长期输运预测方程,是耦合环流和海洋中生物、地球化学和地球物理等诸变量时均浓度的纽带方程。
该理论还在一般非线性情形下进行了推广,严格定义了拉格朗日余流,特别地将相应的浓度场定义为拉格朗日潮际浓度,而不是原先常用的欧拉时均浓度,并且指出二者只是在弱非线性下才近似一致,这样就丰富完整了环流场的概念。在一般非线性下,拉格朗日余流及相应的拉格朗日潮际浓度场就不再像弱非线性那样,是一个单独的场,而是在一个潮周期内随着初始位相变化的无穷个场,这对于研究浅海,特别是认识岸型、地形比较复杂的区域的物质长期输运有重要意义。

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