本文分上篇和下篇。上篇主要开展计算方法改进和数值模式集成研究,建立了一套从近海到近岸的流、浪模式,并应用于数值模拟和预报。下篇将上篇建立的数值模式用于长江口物质长期输运的分离研究,并探索性地探讨河口物质长期输运的可分离性和研究方法。本文主要取得以下成果: 1.针对物理海洋数值计算普遍存在的部分问题,提出了新的计算方法。具体包括:提出局域的概念,设计了σ坐标系扣除局域平均密度层结的斜压梯度力计算方法,提高了σ坐标系斜压梯度力计算精度;设计了曲线网格下一阶和二阶Lagrange插值相结合的Euler-Lagrange温盐计算方法,提高了温盐计算精度;提出了垂向流场σ坐标、温盐z坐标的新型σ-z混合坐标,并采用Euler-Lagrange方法衔接σ坐标流场、z坐标温盐场的数值计算,它更好地结合了σ和z坐标的优点,减小了其缺点的影响;提出波面起伏层的概念,建立了波生动量余通量(即波动引起的动量通量在一周期的平均值)的数学模型,并初步给出了参数化方案,可以计算波动引起的动量通量对三维流的影响。 2.通过计算方法和数值模式集成,建立了一套近海和近岸流、浪模式,并初步应用于数值模拟和数值预报。具体包括:对ECOM模式进一步作计算方法集成,改进建立了ECOM-σ-z模式;由ECOM-σ-z模式、二维流场模式、WAVEWAT-CHⅢ模式、SWAN模式和风场模型集成建立近海和近岸流、浪模式;开展了中国近海和湛江港潮汐潮流、海浪、风暴潮准业务预报以及海流、海温数值模拟。 3.卫星遥感资料和数值模式结合,提出了潮间带地形和漫滩计算方法,并将该方法应用于湛江港。 4.将悬沙通量机制分解研究给出的悬沙和水体长期输运分离现象上升为一种普遍可能的现象来研究,提出了特定物质(包括悬浮质和溶解质)和水体长期输运可分离的思想,即特定物质和水体在各个潮时水平对流输运速度相同的情况下,垂直断面上潮周期平均水平对流输运的方向和快慢可能存在差异;从理论上指出特定物质和水体长期输运可分离的物理过程是潮泵作用,并分析了河口锋面、最大浑浊带、分汊口附近各种物质和水体长期输运分离的普遍可能性;提出了特定物质长期输运速度及其分解方法,它可以作为特定物质和水体长期输运分离研究的方法。 5.基于数值模式的模拟结果,初步分析了冬季长江口锋面附近盐度和水体长期输运的分离特征,对河口盐度长期输运给出了不同于传统观点的新认识。