中国东部海域潮汐余流特征及其动力分析

潮汐余流对中国东部海域物质输运过程起着重要作用。通过对中国东部海域的三维数值模拟,计算了潮汐余流并从潮余涡量角度分析了其形成机制。中国东部海域的欧拉余流在水深较浅的朝鲜半岛沿岸、苏北浅滩、长江浅滩、闽浙沿岸,以及冲绳海槽附近海域,流速量级较大,以余流涡旋的形式呈现,其机制为局部地形差异和潮汐水位高度波动下,科氏效应或摩擦效应导致潮周期内存在净涡量。斯托克斯漂流量级在浅水区较大,而在深水海域则远小于欧拉余流。拉格朗日余流在深水区域与欧拉余流相似,在浅水区域由欧拉余流和斯托克斯漂流共同决定。输运余流和拉格朗日余流分布特征更接近,特别是在近岸海域,但两者的物理意义并不相同。潮汐余流由于常年稳定存在,且在许多海域的流动方向同已知的沿岸流系的方向基本一致,是中国东部海域沿岸流的重要组成部分。估算出了输运余流对沿岸流的贡献率或抑制率,输运余流对近岸陆源沉积物输运和沉积物分布具有不可忽略的作用。     

磨刀门口夏冬季沿岸流特征及成因分析

根据2011—2012年磨刀门口的夏、冬季大、中、小潮定点观测资料,对欧拉余流、斯托克斯余流以及拉格朗日余流进行分析。结果表明:（1）外海测点的欧拉余流和拉格朗日余流,冬季在各潮型下均为一致的西南沿岸方向,夏季除东、西汊道点在强径流下表现为顺汊道指向外海方向,其余外海各点仍以西南沿岸方向为主;（2）斯托克斯余流远小于欧拉余流,夏季明显大于冬季,方向基本与欧拉余流相反;（3）冬季磨刀门口海域具有稳定西南向沿岸流特征,南海东北季风的驱动作用是其形成的主要原因;夏季磨刀门口各潮型下沿岸流特征各异,其影响的主要因素为径流和风,同时地形的影响不可忽略,特别是拦门沙形成的汊道分流作用,对强径流作用下水沙输移影响十分显著。     

大小门岛海域表层潮流和余流特征分析

利用2012年4月份进行水文调查得到的实测海流数据,依据多周日观测的准调和分析原理,对大小门岛海域表层潮流进行调和分析。基于调和分析结果对大小门岛海域潮流和余流特征进行精细化研究。结果表明:大小门岛海域潮流类型为不正规半日浅海潮流,大小门岛西部海域受浅水分潮影响最大。整个海域潮流运动形式以往复流为主,由于受到多股往复流的干涉作用,大门岛西侧旋转流较强;实测落潮流要强于涨潮流,流速在瓯江口外侧达到最大。余流走向存在区域性差异,小门岛西北、瓯江口内部及黄大峡海域余流方向与涨潮流一致,其它区域与落潮流一致,余流流速大小与最大流速分布基本一致。     

冬季舟山外海定点实测海流资料分析

利用2009 年12 月6 日至2010 年1 月5 日在舟山海域获取的东海海域海床基定点（122.998毅E,30.013毅N） 海流调 查资料,应用调和分析与低通滤波方法,将海流分解为周期性的潮流分量与余流分量。对潮流的分布特征进行了分析,并构 建了一个更加符合物理规律的局地坐标系,基于此坐标系着重分析了该海域余流的时间变化趋势和空间结构特征。分析结果 表明,该站位垂向各层的潮流类型均为正规半日潮流,M2、S2分潮潮流椭圆长轴基本上呈南-北走向,各层表现出一定的旋 转流特点,往复流特征并不显著。K1、O1分潮潮流椭圆主轴基本呈西北-东南走向,往复流特征显著。该站点的定常余流表 现出明显的“上进下出”垂向空间结构。上层流速方向与中下层基本反向,明显呈现出两个不同流系的特征。统计结果显 示,余流主轴呈西南-东北走向,大致与等深线走向一致。对逐时余流分析表明,该站点近表层余流以西南向为主,中下层 水域则以东北向流动为主,应处于浙闽沿岸流与台湾暖流的交汇地带,西南向余流与浙闽沿岸流对应,而东北向余流则与台 湾暖流对应。风对沿主轴方向余流的影响比垂直于主轴的余流显著。     

东中国海潮余流自适应数值模拟

以自适应数值模型首次计算整个东中国海三维 M2 分潮潮致 Euler余流、Stokes漂流和L agrange余流 ,并分析各海区 L agrange余流的特征。渤海 M2 分潮致 L agrange余流在整个海域基本形成一个大的逆时针环流系统 ;辽东湾有一个逆时针流环。在黄海 ,潮致余流也是黄海环流的重要组成部分。在东海的东北部 ,潮致余流有强化对马暖流的作用 ;在台湾北部海域 ,潮余流对台湾暖流有强化作用。在近海海域 ,由于复杂地形的作用 ,潮流非线性作用加强 ,潮余流的量值有较明显的增加。计算结果表明 :在浅水区域 ,Stokes漂流较大 ,Euler余流与 Lagrange余流差别显著     

浙闽海域余流特征分析

根据2006年8月-2007年12月期间在浙闽海域进行的连续观测长达40天的逐季海流资料,深入分析该海域余流的分布特征及季节变化规律,为浙闽海域的物质输运做出铺垫.研究结果表明:浙闽海域南侧(以28°N为界)余流值大于北侧.近岸区域余流受长江冲淡水、浙闽沿岸流控制.余流分布季节特征明显:外海余流受台湾暖流控制,余流流向...     

北仑河口潮流和余流特征分析

北仑河口水动力状况复杂,受入海径流、潮汐、波浪、沿岸流、风应力等多种因子的共同影响.对北仑河口S1、S2站长序列的海流剖面资料进行数学统计、潮流调和分析和数字滤波,探讨其潮流特征和余流形成机制.分析结果表明:北仑河口潮流性质主要为不规则全日潮流;观测期间S1站实测涨、落潮最大流速分别为39、83 cm/s,S2站分别为52、44 cm/s.研究海域余流流速从表层往底层逐渐减小,其中S1站余流流速主要介于5～10 cm/s之间,流向集中在S-SW向,S2站主要介于0～5 cm/s之间,表、中层以NNE-ENE向为主,底层以偏W向为主.风应力是调查区表层与近表层余流形成的主导因素;西向沿岸流对调查区的余流也有较明显的作用;径流对调查区的S1站有一定的影响,但对S2站影响很小;潮致余流对调查区的余流贡献较小.     

不同流路时期黄河三角洲沿岸余流场的数值对比研究

黄河入海流路改道变迁频繁,有关不同流路时期沿岸余流场变化的认识将为理解入海泥沙输送特征的变动和沿岸泥沙动态提供重要的水动力基础,通过数值对比实验,以分处黄河三角洲北、东两岸的钓口和清水沟流路为例,对比研究了两个流路基本稳定后的初期黄河三角洲沿岸余流场结构及其流速的变化.结果表明,虽然两个不同流路时期沿岸流系的总体趋势存在一致性,但不同岸段的局部余流场结构、流速及其分布在不同季节都发生了程度不一的变化.在流场结构上,夏、冬季的差异很小,而春、秋季的差异相对较大,特别是在10m以浅的近岸海域的变化明显.高流速区分布,在钓口流路时期具有随各突出沙嘴而生的特点,清水沟流路时则是沿岸线走向、呈条带状延伸,且其分布范围更大、中心流速更高.沿岸余流流速在清水沟流路时期比钓口流路时期大很多,以清水沟口以南海域的流速增加最显著,北岸海域其次,清水沟口以北、神仙沟以南岸段的变化最小,在季节上以冬季增幅最明显.两个不同流路时期沿岸潮致余流场的总体特征也是基本一致的,分布于甜水沟沙嘴(清水沟口)南、北部的涡环结构在清水沟流路时期明显向东北方向移动,清水沟流路时期神仙沟和甜水沟等原沙嘴附近的潮致余流流速存在明显的减小.     

红沿河核电站邻近海域海流特征观测与分析

掌握核电站周边海域流场特征对保障核电冷源安全及研究排水口温排水输运规律具有重要意义。基于2013年12月~2014年2月在红沿河核电站邻近海域获取的四个站点海流连续观测资料,利用低通滤波和调和分析的方法,分析了该海域的余流和潮流特征。结果表明,核电站邻近海域冬季余流流速大于秋季,且随深度增加而减小;中层附近余流变化较小,越接近底层余流变化越大;海域潮流类型属于规则半日潮流,且浅水分潮特征显著; M_2和K_1分潮流的最大流速随深度增加而减小;除取水口站位外,其他站位主要分潮流运动形式皆表现为往复流特征。     

渤海岸线及水深变化对水动力影响的数值模拟

为探究渤海岸线及水深变化对水动力的影响,基于Delft3D水动力学模型,选用2003年和2015年作为围 填海前后的典型年份,建立了围填海前后岸线及水深条件下的渤海三维水动力模型,并对水动力场进行了模拟。通过对围填海前后潮波和潮余流的分析,得到了岸线及水深变化对渤海水动力场的影响。结果表明:填海后,岸线及水深变化会对渤海主导分潮M₂分潮产生较大影响,秦皇岛附近无潮点向西北方向偏移,渤海海域M₂ 分潮振幅总体减小;潮致余流场受岸线及水深变化影响较大,其中渤海湾曹妃甸港南部形成复杂的涡流,沿岸海域余流增大;滨海新区附近形成多个小范围环流,且天津港到黄骅港北部沿岸海域2015年余流比2003年增加3~5 cm/s;黄骅港南部形成一个逆时针环流,并且该处余流减小2~5 cm/s。辽东湾辽河口附近由于水深增加导致余流减小2~7 cm/s。莱州湾黄河口附近的逆时针环流向东南方向移动,黄河口北部余流略有减小,东南部余流明显增大,增加量最多能达到9 cm/s。刁龙嘴南侧顺时针环流减小,北侧顺时针环流增大4~9 cm/s。     

基于长期观测的辽东湾口东部海域水动力特征研究

辽东湾口东部海域是辽东湾与渤海中部进行物质和能量交换的主要通道之一。本文利用坐底式海床基平台获取的近8个月的水动力连续观测资料,通过谱分析和调和分析方法对该海域的潮汐、潮流特征进行分析,并讨论了余流及底层温度的季节变化规律。研究结果表明:该海域潮汐属于不规则半日潮,平均潮差为0.95 m,最大可能潮差为2.27 m。潮流属于不规则半日潮流,M₂分潮流为其优势分潮流。主要分潮流运动形式为往复流,最大流速方向为西南-东北向。余流的季节性特征较为明显:秋季,余流流速在中层达到最大,流向以西南向为主;冬季,余流流速垂向变化较小,并呈西南偏西向流动;春季,流速随深度增加而减小,流向从表层至底层呈现逆时针旋转的特征。受底层潮流、水平温度梯度及海面温度日变化的影响,底层温度表现出短期的高频变化特征:秋季,短期振荡以半日周期信号为主;冬季,全日周期信号较为显著;春季,短期振荡的现象较弱。     

台湾海峡西侧海湾-岛屿系统影响下的流场年季变化——以南日水道为例

台湾海峡地理位置独特,西侧海域海湾 岛屿系统普遍发育,显著影响了海域流场分布。同时,海峡西岸经济区的快速发展对区域海洋动力环境背景场及其变化的精细认识提出了更高的要求。福建莆田南日岛西侧南日水道是连通兴化湾与平海湾的主要水道,是区域海洋动力环境的“咽喉”所在,在区域海洋环境保护与科学开发利用中居于至关重要的位置。为了全面认识台湾海峡西侧海湾 岛屿系统影响下区域海洋动力环境背景场的年季变化,本研究利用布放在南日水道的座底观测系统获得的周年海流资料,结合同期气象风场资料,通过数据统计分析、调和分析、滤波处理和小波变化等手段,研究了南日水道内海流的季节变化规律和驱动余流的动力要素,初步探讨了热带气旋等对海洋动力演化过程的影响。研究结果表明,研究海域潮流为不正规半日浅海潮流,并具有明显的半月周期,涨潮流大于落潮流,涨潮流主方向为 WNW 向,落潮流主方向为 SE—ESE向。旋转谱结果表明,研究海域以半日潮为主,逆时针能量强于顺时针,惯性周期无明显的谱峰。潮流强度的季节变化特征为冬季最强,秋季、春季次之,夏季最弱。夏、秋季的余流流速较其他季节明显偏大,表层余流有明显的季节特征,底层余流全年为北向流。观测点余流主要由风引起,二者有很好的相关性,但频率统计结果显示二者方向不一致,表明余流在地形的作用下发生了转向,其中潮致余流对表层余流贡献较小。小波能量图表明,双台风（热带气旋）期间风和余流均存在1 d及6 d左右的周期信号,二者密切相关。本研究成果对于区域海洋环保以及海域科学开发与应用具有重要的现实意义。     

广东流沙湾4个测站2个周日潮流观测的准调和分析

采用短期资料的潮流准调和分析方法,对水深为4.4～17.0 m的流沙湾4个测站2个周日潮流观测获得的表、中、底层的潮流资料进行了分析,分别计算了4个测站O1、K1、M2、S2、M4、MS4共6个主要分潮的潮流调和常数,并给出了各观测站位在各层的潮流椭圆要素.计算结果表明：流沙湾主要为日潮流海区,其中湾外为规则日潮流,湾内为不规则日潮流;湾外主要分潮流的北分量一般大于东分量,而湾内主要分潮流的北分量一般小于东分量.观测期间余流的流向主要呈西北向,最大余流流速出现在湾内地形突然收窄处,且在湾内中层余流流速要大于表、底层余流流速.整个海区潮流的可能最大流速表层在57～107 cm/s之间,中层在53～106 cm/s之间,底层在34～98 cm/s之间.流沙湾湾外潮流主要为顺时针的旋转流运动,湾内为带有旋转流的往复流运动.     

2018年6月上海近海海域潮流特征分析

采用短期资料的潮流准调和分析方法,对2018年6月上海近海海域9个站位的同步潮流资料进行分析.分析结果表明:该海域潮流涨落潮不等现象显著,大部分站位的落潮流历时长于涨潮流历时,长江口内(C1～C3)落潮流最大流速远大于涨潮;该海域基本以半日潮为主,同时存在规则半日潮和不规则半日潮,考虑到该海域浅海分潮流具有较大的比重,...     

基于长期定点观测资料的莱州湾人工鱼礁建设区局地水动力特征

为了研究人工鱼礁区基本水动力特征,本文利用人工鱼礁投放区的座底海床基获取半年以上的水动力观测资料,通过谱分析、调和分析、滤波等方法分析了该海区潮汐、潮流特征,并讨论了余流特征。结果表明,该海域属于不规则半日潮,具有显著的全日潮周期和半日潮周期,潮汐性质指数为0.98,平均潮差为0.95m,最大可能潮差为2.25m。潮流为典型的往复潮,潮流主向为NNE-SSW,优势分潮为M2分潮。垂向上,流速大小随深度增加显著降低,海底1m的流速较表层降低约30%,流向向沿鱼礁布设方向偏转。该海域余流较小,欧拉余流与斯托克斯余流大小相当,分别为1.35cm/s,1.41cm/s,均为向岸输运,欧拉余流表层受风影响较大,拉格朗日余流为2.76cm/s,方向SEE。该海域流场垂向结构与人工鱼礁投放后底摩擦增加、鱼礁对近底层水流的阻滞作用有关。底层温度具有显著的季节变化与日变化特征,短期高频变化存在显著的全日周期与半日周期,冬春季由于垂向混合加强,全日信号更为显著。底层浊度的升高主要由大风过程加强垂向混合的引起。     

秦皇岛海域海流特征及规模化养殖对其影响的观测研究

秦皇岛海域是辽东湾与渤海中部及渤海湾进行物质和能量交换的重要通道。本文基于海床基观测平台获取的夏秋季海流连续观测资料,运用调和分析和滤波等方法对该海域的海流特征及其对规模化养殖的响应进行了研究。结果表明:秦皇岛海域最显著的潮流是M₂分潮流,其最大流速介于20.0~36.9 cm/s之间,远小于辽东湾东部海域M₂分潮流最大流速;秋季秦皇岛海域余流流速介于0.2~2.5 cm/s之间,整体上较辽东湾东侧海域余流弱,辽东湾底层可能存在逆时针的弱环流系统;夏季秦皇岛海域M₂和K₁分潮流的最大流速均大于秋季;养殖活动对余流影响较大,养殖区中部A7、A8站余流的垂向平均流速比养殖区边缘A6站分别减小76%和18%左右。     

渤海的潮汐余流

本文采用二维非线性潮波微分方程,依据目前的海图对渤海M_2、S_2、K_1、O_1的潮汐余流进行了数值计算,并进一步计算了由这4个分潮组成的总潮汐余流。计算表明,渤海以M_2的潮汐余流占主要地位,S_2、K_1、O_1的潮汐余流具有大约相同的量值。但是,它们比M_2小一个量级。为探讨渤海潮汐余流自30年代以来的变化情况,本文还依据30年代的渤海海图和设想数十年后渤海的海图,对M_2进行数值计算,求得这二个时代的M_2潮汐余流。结果表明,自30年代以来,莱州湾的潮汐余流发生了很大的变化。     

高频地波雷达观测的苏北辐射沙洲南部海域夏季表层海流特征

本文利用高频地波雷达获得的江苏如东海域大范围长期海流观测资料对苏北辐射沙洲南部烂沙洋海域夏季表层海流特征进行了分析。分析结果表明:研究海域表层海流靠近近岸一侧为往复流,流向总体上呈西北-东南向,靠近外海一侧为旋转流;海域潮流动力较为强劲,夏季表层海流实测最大流速达1.47 m/s,涨潮平均流速介于0.44~0.55 m/s,落潮平均流速介于0.38~0.52 m/s,海域西北部区域涨落潮平均流速明显大于其他区域;表层潮流为正规半日潮流,M₂分潮为最主要分潮,其潮流椭圆长轴范围为0.57~0.71 m/s,远大于其他分潮,其次为S₂分潮;该海域夏季表层余流呈现近岸大离岸小的分布趋势,余流流向基本指向近岸方向,从离岸到近岸余流流向呈现逆时针偏转。     

西沙群岛潮、余流特征研究

对1962、1974、1976、1991、2002年西沙群岛海域实测海流资料分析得出:西沙群岛潮汐特征系数为3.40,是不正规日潮;潮流特征比较复杂,少数为不规则半日潮流型,多数为不规则日潮流型;半日周期的内潮在永兴岛西部特别显著,最大流速可达1.5m/s,对珊瑚生态系统有重要影响;西沙群岛余流,春季4～5月总体方向是东北,最大余流速度66cm/s,出现在中建岛西部;夏初余流方向偏北,速度明显降低,中建岛表、底层流速都不超过50cm/s。结合18a卫星高度计资料统计分析得出,春季和夏季西沙群岛海域处于反气旋式环流的北部,中建岛处于反气旋式环流的西缘,水平压强梯度大,加之地形影响,因此流速最大。