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南极罗斯海三维高分辨率潮汐与潮流数值模拟研究

项目名称: 南极罗斯海三维高分辨率潮汐与潮流数值模拟研究
项目类型: 2014年极地科学战略研究基金(自然科学青年项目)
项目负责人: 赵彪
项目成员: 杨清华; 孟上; 李明; 刘富彬
项目编号: 20140308
父项目编号:
规划期:
立项时间: 2014-02-01
预期结束: 2015-12-31
实际结束:
金额(万元): 3

详细描述

1、立项依据:
I. 研究意义:
   中国第29次南极科学考察队,把维多利亚地最为中国第四坐南极考察站预选地址之一,并进行了如基础测绘、气象、动植物、淡水湖泊、地质、地貌、海冰和近岸海域测深等相关环境评估工作,但是预选站址附近海域潮汐潮流分布状况,至今仍不清楚,已有研究表明,罗斯海海域潮汐状况非常复杂。目前罗斯海海域潮汐观测资料仍非常稀少,但是随着计算机计算能力的提高,以及卫星高度计资料同化技术的发展,数值模拟将成为研究和了解该海域潮汐分布状况的重要工具之一。本申请项目将基于目前国际流行的海洋环流模式ROMS,在罗斯海建立三维高分辨率潮汐潮流预报模型,并结合验潮站观测资料,揭示罗斯海潮汐与潮流特征和变化规律,同时也试图给出该海域三维环流结构,意义在于:
(1)现实意义 如果最终选择维多利亚地作为新的考察站,雪龙船每年需要对考察站进行生活物资和科考设备的补给,船舶在停靠码头和码头装卸货作业时需要根据停泊海域的潮汐潮流情况合理安排时间;码头施工则尽量避免在大潮期间潮流较强的时段内作业;前期码头选址,应根据海域的潮汐潮流分布状况,避免将码头地址选在强流区;再者,潮余流在罗斯海冰山漂移过程中扮演什么角色?是否可以影响到码头和靠港船舶的安全?因此,深入了解该海域潮汐类型、潮流和环流结构,对我国南极科学考察的预报保障具有重要战略意义。
(2)科学意义 潮汐对海洋混合和海气界面热量交换有重要影响,尤其在南极地区,海水结冰后的盐析作用释放大量盐分,使海水局地密度增大,产生剧烈的垂直对流,而潮汐又加深了这一垂向混合,对南极底层水的形成和通风有重要影响。因此只有先了解罗斯海的潮汐潮流运动规律,才能对南极冰-海相互作用机制进行深入的研究和探讨。


II. 国内外研究现状:
(1)罗斯海潮汐观测
Johnson等(2006)收集了二十世纪八十到九十年代罗斯海大陆架上所有锚定潮流观测并进行了调和分析,他的研究表明全日潮流强度是半日潮流强度五倍以上,在大陆架坡折处潮流最强(字数限制略)。
(2)二维数值模拟
Macayeal(1984)最早使用了一个简单的二维模型对罗斯海潮汐潮流进行了模拟研究,模拟的全日潮振幅和迟角与实测符合良好,但是模拟的半日潮与实测相差较大,原因可能是开边界和地形存在误差。Padman等(2002)模拟结果表明,罗斯海K1和O1振幅在30~40cm之间,与实测结果的均方根误差为4~5cm,但是对半日潮的模拟将结果不理想(字数限制略)。
(4)三维数值(2005),模拟结果表明在罗斯海海盆振幅较小的的大部分区域,模拟振幅的合并标准差为30-50cm,在大陆坡沿岸振幅较大海区合并标准差为50-70cm。潮位振幅和正压潮流主要由全日分潮K1和O1贡献。模拟的半日潮潮位和流速与实测吻合良好,全日潮次之(字数限制略)。

2、研究基础:
[1] 申请人自硕士阶段起一直从事海气耦合数值模拟,有着丰富的数值模拟经验,并发表了两篇学术论文,包括一篇SCI;
赵彪,乔方利,王关锁。海洋表层温度对台风“蔷薇”路径和强度预测精度的影响[J]. 海洋学报,2012年04期
Zhao Biao, Qiao Fangli, Wang Guansuo. The Effects of the Non-Breaking Wave Induced Vertical Mixing on the Forecast of Tropical Cyclone Tracks. Chinese Science Bulletin (accepted)

[2] 2014年1月2日至3日间,“雪龙”船为营救“绍卡利斯基院士”号客轮,被浮冰围困。国家海洋环境预报中心立即开展“雪龙”船脱困的预报保障工作,申请人所建立的南极联邦湾海域三维高分辨率潮汐与潮流预报模型准确预报了雪龙船所在位置的高低潮时刻,并根据潮流方向给出“雪龙”船脱困的时间窗口,该工作为将来罗斯海三维高分辨率数值模拟研究积累了丰富的经验;