马六甲海峡潮流的数值模拟研究

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马六甲海峡位于苏门答腊岛与马来半岛之间,呈东南-西北走向。西北部连接安达曼海,东南部与新加坡海峡相连。马六甲海峡岛屿众多,地形复杂,是少见的存在于赤道附近低纬度地区的海峡。本文利用非结构有限体积法海洋模型FVCOM,建立马六甲海峡及其毗邻海域高分辨率水动力数值模型,研究了风和潮流作用下该海域的水动力情况。利用马六甲海峡及其毗邻海域的历史验潮站潮位数据,对比结果验证了所建立海洋数值模型的可靠性,基本能够反映出真实海洋中的潮汐过程,能够满足本次研究的基本条件。绘制了海峡内主要分潮的同潮图与潮汐椭圆,分析了各个分潮在该区域的潮汐基本要素。描述并分析了马六甲海峡的潮流结构,设计了风场实验,分析了当地两种盛行季风情况下以及季风过渡期间对马六甲海峡海流在不同风况下的余流结构并建立了仅有风场驱动的理想模型,分析了马六甲海峡海流的余流结构在仅有风力情况驱动下变化。最后利用染色示踪模块(DYE),探究了潮汐过程中马六甲海峡内水体的水平输运过程,希望本文建立的该海域污染物扩散模拟能为今后意外发生的溢油事故展开的应急措施提供科学参考依据。马六甲海峡航道中央潮流运动以往复流为主,边缘存在旋转流,落潮流速略大于涨潮流速,且东南窄道处是海峡内流速最大的区域。马六甲海峡从西北向东南海域逐渐变窄、水深逐渐变浅的影响,潮流流速有逐渐变大的趋势。在涨落潮过程中,海峡内部总会产生两种完全逆向的海流,出现会聚与分离的现象。这种流场分布特征主要受到了海峡底部地形变化的影响,马六甲海峡东南部水深较浅,而西北部水深极深,这种地形会使水深较浅处在涨潮时仍是落潮流占优势,而在落潮时仍是涨潮流占优势,因此马六甲海峡内在涨潮时发生会流而在落潮时发生分流。在风场实验中,发现东北季风有利于马六甲海峡内海流向西北方向流动,而西南季风有利于海流向东南方向流动。盛行季风破坏了潮汐形成的表层余环流结构,但底层余流却仍存在余环流现象,且随着风速增加,底层余环流的数目、大小、形状、位置均会产生变化。季风过渡期风速普遍较小,余流流向受局地风速影响,研究区域中部的余环流结构变化不大,而东南部的余环流结构被破坏,在小潮期间东南部局地风速很小的情况下,此处的余环流结构也极易受到风的影响。理想实验表明主要研究区域东南段存在三个显著的潮致余环流结构,与潮流实验相比,潮致表层余环流在季风期间被破坏,底层却仍存在余环流现象。随着风速增加,底层余环流的数目、大小、形状、位置均会产生变化。即使在风速较弱的季风过渡期,小潮期间窄道处的余环流结构也易受到风场影响。在染色示踪实验中,染色剂在受季风影响后的扩散明显快于无风情况下只受潮流的影响。无论在哪种情况下,马六甲海峡南部至新加坡海峡的区域染色剂扩散的范围均大于其它区域。另外,在巴西古当和新加坡的两个溢油点,染色剂只受潮流影响时的飘移方向均往西,在有西南季风影响时,有部分溢油会由风影响向东扩散,在有东北季风影响时,向西的飘移加剧。马六甲海峡北部染色剂扩散的程度较小的原因是潮流流速较小,潮汐往复使染色剂始终滞留在一个范围内,且受苏门答腊岛的阻挡影响,海流受季风的影响极小。
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