海洋环流与波动重点实验室知识库

渤海近岸浅海区水体全年普遍呈高悬浮泥沙浓度特征，而低悬沙浓度水却终年（尤其在冬季）占据渤海秦皇岛海域，这一显著差别使得秦皇岛海域成为渤海近岸水域泥沙动力学研究的特殊案例；且秦皇岛是中国最著名的海滨旅游胜地之一，保持秦皇岛周围海水的清洁和无污染至关重要；前人研究结果显示渤海冬季悬沙浓度高且分布特征具有全年代表性，因此观测研究渤海秦皇岛海域冬季沉积动力过程兼具理论与实际应用价值。
本文通过海床基观测系统对秦皇岛海域实施了长时序、全水深的水沙要素同步观测，包含2017年冬季和2018年冬季两个观测批次。
2017年2月至3月，在秦皇岛海域低悬沙浓度区的三个观测站点S1、S2、S3部署了海床基观测系统，并实施了22天的原位观测，旨在揭示局地泥沙再悬浮的过程与机制。观察结果表明，在整个部署期最强的风期间，泥沙再悬浮过程包括一个发生在高湍动能时期的湍动再悬浮事件，以及当底床切应力大于临界水平时的后续再悬浮事件。湍动再悬浮事件是由大风驱动的强湍流引发，其特征是表征近底层再悬浮泥沙的水体浊度值随时间以脉动的形式剧烈增大，其影响深度不超过波流底层边界层的厚度。然而，后续再悬浮的发生归因于波浪主导的大的底床切应力。在大风期间，后续再悬浮所致的水体中层和上层高悬浮泥沙浓度现象滞后于高风速约8-10小时，而湍动再悬浮事件与大风事件同时发生。三站原位观测结果表明，秦皇岛海域特殊低悬沙浓度区的局地成因是即使在速度高于14m/s的大风作用下，秦皇岛海域泥沙再悬浮强度仍然较弱。
2018年1月至2月，在秦皇岛海域低悬沙浓度区的两个观测站点M1和M2先后部署了海床基观测系统，并实施了共计45天的原位观测，以揭示海冰条件对该海域水动力、泥沙再悬浮和悬浮泥沙浓度的定量影响。在M1站观测期间有海冰覆盖，在M2站观测期间无海冰覆盖。研究发现，M1站温度和盐度的日波动比M2站更显著。在1月28日一次典型的海水结冰事件中，M1站底层水的温度降低了1.77℃，盐度升高了0.4 psu。此外，由于海冰的屏蔽作用，M1站余流受风的影响远小于M2站。由于固体冰面对水体的阻力系数较大，流速垂向分布结构由传统的无冰条件下的对数型转变为海冰条件下的抛物线型。M1站底层平均悬浮泥沙体积浓度和浊度分别为4.9 μL/L 和8.6 NTU，约为M2站的值的一半。M1站较小的悬浮泥沙体积浓度和浊度归因于其近底层较低的湍动能。而在M2站，较大的悬浮泥沙浓度则与强风作用密切相关，强风作用在无海冰覆盖的水域激发高的湍动能，从而产生较强的湍动再悬浮。海底沉积物分析结果表明，在本研究海域，细砂最易发生再悬浮，而粘性颗粒仅在强水动力条件下才会发生再悬浮。
 

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