《Journal of South American Earth Sciences》:INFLUENCE OF BATHYMETRIC VARIATION ON THE FLOWS OF BAíA DE TODOS OS SANTOS.
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潮汐流时空变化与地形耦合机制研究. 研究利用ADCP在巴西巴伊亚湾潮汐三角洲监测水深变化对潮汐流的影响,发现水深加深区域流速增强(达0.8m/s),形成 cyclonic vortices;开阔区域流速衰减并出现回旋流,验证地形对河口环流的结构控制作用。
威廉姆斯·A·德·O·帕斯(Uilliams A.de O. Paz)| 路易斯·费利佩·费雷拉·德·门东萨(Luis Felipe Ferreira de Mendon?a)| 亚瑟·安东尼奥·马查多(Arthur Ant?nio Machado)
巴西巴伊亚联邦大学地球科学研究所,萨尔瓦多40170-115,巴伊亚州
摘要
地形不规则性作为水流汇聚或发散的机制,影响运动的垂直分布并产生速度梯度。在河口区域,这一过程促进了持续存在的残余结构的形成,这些结构在物质集中或分散中起着作用。本研究利用声学多普勒流速仪(ADCP)研究了1至70米尺度上水深变化对河口潮汐流的影响。ADCP结果显示,在弗拉德斯岛(Frades Island)附近的河道中,水深加深导致流速增强,南北方向的分量达到0.6米/秒,东西方向的分量达到0.8米/秒,这与三维流体动力学理论一致。在离大陆较远的区域,水深加深会导致流速减弱甚至逆转。在伊塔帕里卡岛(Itaparica Island)附近,2公里范围内的水深从15米加深到50米,南北方向的分量变化范围为0.4米/秒至0.7米/秒。在BTS中心区域,东西方向分量的逆转形成了旋涡。ADCP数据表明,在狭窄区域水深加深会加速水流,在开阔区域则会减缓水流速度,偶尔还会形成循环区和局部涡旋。这些结果支持了现有文献关于水深对河口环流影响的观点,并提供了实地证据,强调了纳入高精度水深数据和分层信息对于再现河口区域复杂流动情况的重要性。
章节摘录
引言
在潮汐流较强的浅水区域,深度、坡度和底部粗糙度的变化会影响流速(Li等人,2006年;Kang和Jun,2003年),从而形成残余环流(Geyer和Maccready,2014年),其中水流具有优先方向(Lessa等人,2009年)。这些河口区域是物质通量最大的地方,在污染物、营养物质和沉积物的集中或分散过程中起着关键作用。
声学多普勒流速仪(ADCP)
数据收集工作于2021年12月17日至21日以及2022年3月29日至31日在BTS沿线的三条测线上进行(见图01)。使用Teledyne RD Instruments公司的Rio Grande 600 kHz声学多普勒流速仪(ADCP),将其安装在船体侧面,水深为2米,平均航行速度为3节。ADCP配置为以1赫兹的频率记录数据,并将水柱划分为1米间隔的层次。
结果
在2021年12月17日涨潮期间,ADCP在弗拉德斯岛附近进行的测量中(见图03-C),沿盆地加深方向记录到了最高流速。从起点开始2至6公里范围内,南北方向的分量最大流速为0.6米/秒,东西方向的分量最大流速为0.8米/秒(见图03-A和03-B)。此外,在某些区域还观察到了小幅流速逆转现象。
讨论
在BTS收集的ADCP数据显示,在弗拉德斯岛附近的狭窄河道中,水深加深明显加速了南北方向和东西方向的水流。这一现象与类似河口系统中的流体动力学原理一致,即水深凹陷处由于压力场调整和底部摩擦力减小而使水流集中(Davies和Brown,2007年;Lee等人,2013年;Salas-Monreal和Valle-Levinson,2009年)。
结论
ADCP数据表明,水流响应会随着水深环境的不同而系统性地变化。在狭窄区域(如弗拉德斯岛附近的河道),水深加深会加速水流,这与明显的压力梯度和底部摩擦力减小相符(Friedrichs等人,2000年;Salas-Monreal和Valle-Levinson,2009年)。在开阔区域(如伊塔帕里卡岛附近和BTS中心),水深凹陷会导致水流减速,偶尔还会形成循环区和局部涡旋。
作者贡献声明
亚瑟·安东尼奥·马查多(Arthur Ant?nio Machado):撰写、审稿与编辑。路易斯·费利佩·费雷拉·德·门东萨(Luis Felipe Ferreira de Mendon?a):撰写、审稿与编辑、监督、资源管理、项目协调、资金获取、数据管理、概念构思。威廉姆斯·A·德·O·帕斯(Uilliams A. de O. Paz):撰写初稿、数据可视化、验证、软件开发、方法设计、实验研究、数据分析。
未引用参考文献
CIRANO和LESSA,2019年12月;LI,2019年;MARTA-ALMEIDA等人,2019年;SANTANA等人,2019年5月;SHCHEPETKIN和MCWILLIAMS,2005年;WINANT,2008年。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本项工作得到了巴西国家石油、天然气和生物燃料局(ANP)人力资源计划(PRH/ANP – PRH36/UFBA)的支持。数据收集工作使用了由Petrobras资助的“Avalia??o e Pesquisa do Coral Sol na Baía de Todos os Santos”项目提供的资源,该项目由热带海洋学小组协调,由Guilherme Camargo Lessa教授领导。