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地转条件下理想河口羽流的演变与输运及其层化湍流、卷吸和混合机制

批准号:
41876089
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
袁野平
依托单位:
学科分类:
河口海岸学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
林颖典、宋丹、张扬、杨彧、刘金、戴娟娟、刘雅钰

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
河口羽流是连接陆地与海洋的纽带,其动力机制对了解近海动力过程及生态环境保护十分重要。通常认为河流冲淡水在科氏力和密度差的作用下形成河口涡旋并沿岸输运,但由于其他外力的存在,其动力过程变得复杂。目前,国内外的研究主要侧重于针对特定环境下的单一河口,对河口羽流的普适理论还亟待完善。本项目拟通过实验室转台模拟理想河口羽流,结合粒子成像技术和平面激光诱导荧光技术采集瞬时准三维速度和密度场,深入剖析滞留时间、湍混合通量和冲淡水输运对地转频率、河流流量、层化结构、潮汐和背景流的响应机制,并结合高分辨率水动力模型扩展实验参数,建立理论模型。在此基础上,本项目拟采集长江口羽流的现场观测数据以进一步验证理论模型。项目研究成果将全面揭示河口羽流在不同外界因素下的演变过程,完善淡盐水间的层化湍流混合机制,同时丰富对长江口羽流及浙闽海岸冲淡水输运的研究,对进一步认识、开发和保护海洋具有重要意义。
英文摘要
River plumes play a critical role in the exchange of materials between the land and the ocean and their dynamic mechanisms are important in understanding coastal dynamic processes and ecosystem protection. When buoyant fluid is released near a vertical wall in a rotating system, Coriolis force guides the density-driven flow along the wall, creating an anticyclonic bulge (in the Northern Hemisphere) near the river mouth. However, the real river plume system is much more complex. Dynamics of individual river plume system have been studied thoroughly over past decades, but the fundamental mechanism is still lack of investigations. In this proposed study, we will simulate an idealized river plume system on a rotating table and obtain velocity and density fields by using the combined Particle Image Velocimetry and Planar Laser Induced Fluorescence (PIV-PLIF) technology. The study will investigate the responding mechanisms of plume residence time, turbulent mixing flux and freshwater transport under different external forces (e.g. earth rotation, river discharge, density differences, tides and ambient flows). The theoretical model will be constructed by combining results of laboratory experiments and high-resolution numerical simulations, and then validated using in-situ observations at real river plume systems such as the Changjiang River Plume. This project will reveal the evolution of river plume systems under different external forces, and associated stratified-shear turbulence, entrainment and mixing. The fate of the Changjiang diluted water and its impact on Zhe-Min coastal regions will also be discussed based on the theoretical and observational studies. Overall, the study will enhance our understanding in coastal dynamics, contributing to the exploitation and protection of the marine ecosystem.
本项目采用实验室转台模拟理想河口羽流,结合粒子成像技术和平面激光诱导荧光技术采集瞬时准三维速度和密度场,深入剖析滞留时间、湍混合通量和冲淡水输运对地转频率、河流流量、层化结构、潮汐和背景流的响应机制,并结合高分辨率水动力模型扩展实验参数,建立理论模型。在此基础上,本项目采集了长江口羽流的现场观测数据以进一步验证理论模型。我们完成了项目预期的所有试验,并取得了很好的进展。我们在旋转平台上设计并完成了两个室内模拟实验,利用染料的光学性质反演了不同陆坡条件下河口羽流的形态变化和冲淡水的沿岸输运;并模拟了双河口羽流的相互作用,利用分层PIV技术测量各个剖面上的瞬时流场,提出了河口涡旋沿岸动量平衡的新理论并做了一系列验证。同时,我们模拟了分层水通过高斯地形的动力过程,并利用PIV-PLIF 技术精细测量了分层水的瞬时密度场和流场,计算了湍动能和湍耗散率。最后,我们利用数值模拟和实地观测对实验研究提出新理论的应用和补充,我们建立了长江口的SCHISM模型并分析了冲淡水在浙闽沿岸的输运,并且项目组利用参加的长江口共享航次、收集的历史数据,并结合卫星遥感等数据,对长江口羽流锋面有了新的认识。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: 10.1007/s10872-020-00540-y
发表时间: 2020-02-03
期刊: JOURNAL OF OCEANOGRAPHY
影响因子: 2.3
作者: [Liu, Jin, Wang, Yuntao, Xu, Dongfeng]
通讯作者: Xu, Dongfeng
DOI: 10.1007/s10652-022-09904-y
发表时间: 2022-12
期刊: Environmental Fluid Mechanics
影响因子: 2.2
作者: [Yeping Yuan;Dongrui Han;Zhiguo He;Jie Xiong;Jiaxin Zhang;Ying-Pin Lin]
通讯作者: Yeping Yuan;Dongrui Han;Zhiguo He;Jie Xiong;Jiaxin Zhang;Ying-Pin Lin
DOI: 10.1029/2021jc018392
发表时间: 2022-09-01
期刊: JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-OCEANS
影响因子: 3.6
作者: [Du,Yunfei, Zhang,Jicai, Wang,Ya Ping]
通讯作者: Wang,Ya Ping
DOI: 10.11693/hyhz20191200248
发表时间: 2020
期刊: 海洋与湖沼
影响因子: --
作者: [戴娟娟, 袁野平, 宋浩宸]
通讯作者: 宋浩宸
9
    浮力沿岸流中锋面不稳定机制的实验研究:以 浙闽沿岸流为例
    • 批准号:
      Z24D060009
    • 项目类别:
      省市级项目
    • 资助金额:
      0.0万元
    • 批准年份:
      2024
    • 负责人:
      袁野平
    • 依托单位:
    分层水体通过复杂地形河道时的特性和机理:一种实验室模拟与实地水道观测有机结合的研究方法探索
    • 批准号:
      41506101
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      21.0万元
    • 批准年份:
      2015
    • 负责人:
      袁野平
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金