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1、黄海绿潮应急溯源数值模拟初步研究吴玲娟,曹丛华,黄娟,曹雅静,高松,白涛(山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室,国家海洋局北海预报中心,山东青岛266033)摘要:基于三维全动力POM海洋模式,根据2008年6月1日海监飞机监测绿潮所在位置,采用拉格朗日粒子追踪法反向积分,追溯绿潮来源。数值模拟结果显示,回溯至5月中旬,绿潮主要来源于黄海南部江苏连云港和盐城近海海域。黄海绿潮溯源数值模拟,为政府相关部门了解绿潮的源头,并采取相应的措施提供依据,进而为保护生态环境、防灾减灾做贡献。关键词:绿潮;全动力海洋模式(POM);溯源;拉格朗日粒子追踪法中图分类号:X55文献标识码:
2、A文章编号:1000-3096(2011)06-0044-04大型海洋绿藻大量增殖的现象,被称为“绿洋生态系统都会造成一定的影响。国内外主要是进潮”(GreenTides)。绿潮在全球沿岸海域爆发并造成行绿潮的生长机制研究和漂移数值模拟工作,而没严重危害的现象变得越来越频繁,发生地理范围也有追溯其来源。本文基于三维全动力海洋模式,根据日趋增大,已经成为一种世界性的海洋灾害。从绿潮监测所在位置,采用拉格朗日粒子反向追踪方1980年以来美国、加拿大、丹麦、法国、意大利、法追溯绿潮的来源。日本、韩国等国家均爆发过绿潮灾害,法国沿岸海域[1-2]1研究方法的情况尤为严重。从1997
3、年到2001年,全球受[3]绿潮危害的滨海城市从60个增加到103个。2008年绿潮溯源数值模式采用三维全动力POM海洋模5月以来,在黄海北部,特别是青岛沿岸海域发生了式,该模式由美国普林斯顿大学大气海洋科学项目[12-13]绿潮大量增殖聚集的情况。2009年和2010年,在黄组在Mellor1977年发起和主持下发展起来的,海又发现大量绿潮繁殖漂移。逐渐被众多的海洋科学工作者接受和采用,取得了国外很多科学家主要研究对绿潮的生长机制、许多令人满意的效果。[4]运动方向和速度等要素。Aurousseau等在法国绿根据绿潮所在位置,模式计算范围包括整个渤、潮灾害比较严重的Bre
4、st湾,建立三维生物地球化学黄、东海以及西北太平洋部分区域,模式地形来源于模式,模拟该海域漂浮绿潮的生长和腐败-漂移-沉GEBCO(GeneralBathymetricChartofOceans)分辨率降过程。Cugier等[5-6]建立浮游植物三维生态学模型为1′×1′的数据,并采用中国海图水深和Google和三维水动力模型,Ménesguen[7-8]建立适应于BrestEarth进行水深和岸线订正(图1,水深单位为m),湾的绿潮特征的三维生物地球化学模型,同时开展地形水平分辨率1/30°,垂向10层。在边界上采用8了潮间带绿潮的预报研究。Perrot等[9]发展了预报
5、潮个分潮(M2,S2,N2,K2,K1,O1,P1,Q1)来驱动,同时采用全球海洋模式(HYCOM+NCODAglobal1/12°间带海藻的简单方法。analysis)的水位、流场、温盐场等输出结果作为大区2008年5月31日黄海海域发现漂浮绿潮后,国域模式的初值和边值场;采用业务化WRF模式内研究人员对绿潮的预测和溯源进行研究。国家海(weatherresearchandforecastingmodel)风场和热通洋局北海预报中心立即利用卫星、船舶、飞机、海量场作为大气强迫场;考虑长江、黄河等河流径流的洋站等多源观测和监测数据,采用三维全动力作用。POM(Princet
6、onOceanModel)海洋模式和拉格朗日粒[10]子正向追踪方法,快速准确预报绿潮的漂移轨迹。收稿日期:2010-04-12;修回日期:2011-04-24[11]乔方利等根据历史的数值模拟海流场,指出影响基金项目:国家海洋局青年科学基金(20100203)和中国科学院海洋环流与波动重点实验室开放基金课题(KLOCAW0907)青岛近海的绿潮可能来自黄海西南部。作者简介:吴玲娟(1979-),女,福建漳州人,博士,主要从事海洋环境绿潮大面积爆发时,对海洋环境、海洋渔业和海要素预报和研究,防灾减灾工作,E-mail:wulingjuan@nmfc.gov.cn44海洋科学
7、/2011年/第35卷/第6期水中的移动,可以看作是质点跟随海流的物理运动,所以绿潮溯源数值模拟,采用拉格朗日粒子反向追踪方法。粒子追踪方法采用粒子随机走动模式来模拟粒子的运动。每个粒子的位移变量都可以由Lagrange方程来确定;粒子群的运动特性是一个随机过程,它的条件概率密度函数可以由相应的Fokker-Planck方程决定。将对流扩散方程转化为Fokker-Planck形式,通过数值求解粒子的Lagrange方程,确定每个粒子的位移,从而实现了粒子的动[14]态追踪,达到了污染物运动过程数值模拟的目的。Lag
