河口及近岸海域中水体的流动特征及其中物质的传输特性是进一步研究其它海洋过程,包括海洋环境和海洋生态过程的基础。本文针对半封闭型海湾这一典型的水体环境,对其中表征水体物质传输的余流特征进行了研究,并对传输时间尺度等水环境特征参数的时空变化进行了探索,在此基础上建立了一个以浮游生物为主的海洋生态系统数值模型并进行了初步的应用。本文采用基于三维不可压缩流体运动基本方程的水动力模型,对水体流动及其中物质成分的传输进行了数值模拟研究。模型中引入了垂向混合σ坐标以增加模型在水体上层的模拟精度,并在计算中采用欧拉传输和拉格朗日粒子跟踪两种不同的方法处理物质传输现象。论文针对半封闭型海湾,考虑了潮致余流、风生-潮致余流等情况,同时结合了欧拉余流与拉格朗日余流的对比,对半封闭型海湾的余流结构进行了研究。以此为基础,引入了滞留时间和游弋时间等传输时间尺度,对两种不同的传输时间尺度所具有的区域特征上的差异和在各季节中呈现的特征进行了分析,同时也分析了河流径流对传输时间尺度的影响。并比较了拉格朗日粒子追踪方法和采用人工示踪剂的欧拉法在计算传输时间尺度上的差异。通过以上对传输时间尺度在时间和空间上具有的特征所进行的研究,揭示了半封闭型海湾中水体的传输特征及与外洋水体的交换特征,这些结论是研究水体中物质传输规律的基础。在三维水动力模型基础上对半封闭型海湾中的温度、盐分的变化过程进行了长期的模拟预测,经与实测资料对比发现模型可以较好地再现海湾内温盐的时空变化规律。这也是进一步进行生态系统模拟的基础。在此基础上建立了包含氮磷等循环的以浮游生物为主体的海洋生态系统模块,与水动力学模型耦合并应用于相应的海域,这些将为今后进行溶解氧及浮游植物生物量分布等的研究预测提供基础。