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基于遥感和拟序结构的珠江河口悬沙锋时空变化特征及其动力机制研究

批准号:
42106169
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
詹伟康
学科分类:
河口海岸学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
詹伟康

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
悬沙锋是水体悬沙浓度变化最显著区域,不仅揭示了清浑水界面,更对河口不同生物和水环境分布格局具有潜在指示意义。然而以往对珠江河口锋面研究多集中在河流淡水羽状锋,却极少关注悬沙锋。鉴于此,本项目首先利用多源卫星遥感资料反演珠江河口悬沙浓度,揭示珠江河口悬沙锋时空分布特征;其次结合水动力模型,引入时变动力系统拉格朗日拟序结构(LCS)和基于欧拉拟序结构的短时吸引轮廓(TRAPs)方法识别河口流场输运结构及其变化信息;最后通过建立不同拟序结构与悬沙锋之间的关联特征,诊断不同时空尺度下悬沙锋演变演变机制及其关键影响因子。项目采用TRAPs方法提取流场瞬时输运结构,可以获得卫星遥感难以得到的悬沙锋高频细致变化特征。项目研究成果不仅为珠江河口悬沙锋提供一种新认识,亦可为粤港澳大湾区突发水环境事件的应急处理提供可靠的科学指导。
英文摘要
A suspended sediment front (SSF) is a narrow boundary separating two water masses with marked differences in suspended sediment concentration. It serves as an important indicator for distributions of water masses with different marine life and environment. However, previous studies about fronts in the Pearl River Estuary (PRE) mainly focused on the plume front, while few pays attention to the SSF. Therefore, this study first reveal the spatio-temporal variation of the SSF in the PRE based on multi-source satellite data. Secondly, two coherent structures-Lagrangian Coherent Structures (LCS) and Transient Attracting Profiles (TRAPs)-are used to extract the horizontal transport structures in the PRE. Finally, based on the associated feature between coherent structures and suspended sediment fronts under different time scales, the dynamic mechanisms of the SSF in the PRE are discussed. The TRAPs used in this study can extract the instantaneous transport structure of a single velocity-field snapshot, and provide detailed and high-frequency information of the SSF variation, which is hard to obtain through remote sensing. The results of this study not only provide a new insight into the SSF in the PRE, but also reliable scientific guidances for the water hazard responses in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area.
悬沙锋面是指具有显著不同悬浮泥沙浓度水体间的狭窄过渡带,普遍存在于河口及近岸海域,不仅揭示了表层清浑水界面,更对河口不同生物和水环境分布格局具有潜在指示意义。因此,对悬沙锋的系统研究,不仅有利于提升对河口物理-生态相互作用的认识,更有助于河口生态环境的监管和保护。然而以往对珠江河口锋面研究多集中在河流淡水羽状锋,人们对于珠江河口悬沙锋面的认识极度匮乏。. 基于卫星遥感和数值模型,结合拉格朗日拟序结构(LCS),项目揭示了珠江河口悬沙锋面时空变化特征及其动力机理。悬沙锋多发于河口西部水域,且存在显著季节性变化特征。夏季(6-8月)悬沙锋发生概率最高,尤其是在伶仃洋海域,而在冬季(12-2月)发生概率最低。整个珠江河口存在三条显著悬沙锋面,也即伶仃洋锋、澳门东部锋和磨刀门锋。这些锋面位置的季节性迁移与河口上游径流量和输沙量的季节性变化紧密相关,且空间分布形态显著受LCS制约。基于LCS与悬沙锋的动力联系,项目进一步探讨了珠江河口悬沙锋面潮周期内变化特征,为珠江河口悬沙锋面提供一种新认知。. 珠江河口悬沙锋面分布受水体输运影响。滞留时间是水体输运与更新能力的直观表征,它对赤潮的发生、鱼卵与幼虫的迁徙、溢油污染物的扩散和水体缺氧的发生等诸多水环境事件有重要影响。基于数值模型,结合粒子追踪技术,项目进一步揭示了珠江河口滞留时间在潮周期、季节变化特征及其长期变化趋势。研究成果可为涉及珠江口水体输运的跨学科研究以及水环境灾害的预警和应对提供参考。
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