大亚湾海域夏、冬季的潮汐特征及余水位与风的相关性初步探讨

大亚湾及其邻近海域冬、夏季各14个临时水位观测点1个月的实测潮位资料显示:各站的水位曲线均呈现明显的"双峰"现象,且湾顶比湾口更为明显。本文采用了调和分析方法,给出M_2、S_2、K_1、O_1四个主要分潮及M_4、M_6、2MS_6三个浅水分潮的振幅和迟角同潮图,分析大亚湾的主要潮汐特征,探讨了浅水分潮对双峰结构的贡献,并采用交叉谱分析对余水位与风的相关性进行了讨论。结果表明:(1)大亚湾海域各主要分潮振幅均由湾口向湾顶递增;高潮发生时间由湾口向湾顶推迟;涨潮历时均大于落潮历时;平均潮差在湾顶达到最大;(2)大亚湾内属于不正规半日潮,而考洲洋及其湾外海域则属于不正规全日潮;(3)大亚湾内浅水效应明显,从湾口至湾顶,六分之一日分潮的振幅呈5—7倍的增长,主导了大亚湾潮波系统的形变;(4)分潮重构结果显示,四分之一日和六分之一日浅水分潮(尤其是2MS_6分潮)的异常增长,是导致大亚湾潮汐双峰现象的主要原因;(5)冬季大亚湾内各点的余水位与风速呈现正相关,相关系数均在0.53以上;(6)周期为0.45—0.53 d的沿岸风对各站余水位的影响最大。     

大亚湾的潮汐动力学研究--I.潮波系统的观测分析与数值模拟

文章作为大亚湾潮汐动力学系列研究的第一部分,展现了大亚湾水动力的最新观测结果,并借助于不规则三角网格海洋模式建立了高时空分辨率的三维潮汐潮流数值模型,重现大亚湾潮位和潮流变化状况。结合实测资料与模拟结果,得到了较以往更为精细的大亚湾潮波系统特征。浅水分潮,尤其是六分之一日分潮在大亚湾内快速增长,成为大亚湾潮波系统的显著特征。在大亚湾范和港M_6分潮振幅达到与M_4、S_2分潮相同的量级。大亚湾外开阔海域的潮流以旋转流为主,但进入湾内后潮流椭圆迅速扁平化,往复流占据主导。在湾内主要潮流通道内,M_6潮流椭圆主轴流速超过了M_4和K_1分潮。潮能通量分析揭示了大亚湾内高频分潮的强耗散,M_6分潮的能量耗散率和半日周期内耗散的总能量均超过了M_4、M_2和K_1分潮。观测到的欧拉余流表现出其湾内不一致的大小潮变化以及湾外所受沿岸流的影响。模拟出的欧拉余流则揭示了大亚湾内的余流多涡旋结构和水体弱交换能力。     

大亚湾和大鹏湾两个相邻海湾潮波浅水变形的异同分析

利用实测资料分析重构了大亚湾和大鹏湾潮汐水位“双峰”现象,确定了浅水分潮的异常增长是潮位“双峰”现象的主要成因,其中四分之一日分潮和六分之一日分潮起着至关重要的作用。通过SCHISM模型构建大亚湾和大鹏湾附近海域高分辨率水动力模型,模拟结果表明近岸海域,在大亚湾以东,潮汐类型为不规则全日潮,以西为不规则半日潮,在两个海湾内均为不规则半日潮;研究海域的潮流均表现为不规则半日潮流。四分之一日分潮和六分之一日分潮在大亚湾和大鹏湾的不同变形过程是造成两个相邻海湾水文差异的直接原因。通过构建不同底摩擦强度、消除水底地形以及改变海湾水深的数值实验研究表明,分潮传播方向与水深变浅方向是否一致,是导致两个海湾潮波浅水变形不同的根本原因。     

大亚湾海域潮位“双峰”现象生成机制研究

大亚湾海域的潮位观测数据呈现出明显的"双峰"现象,在调和分析并选用分潮重构的过程中发现M_6分潮的异常增长是引起大亚湾内部出现该现象的主要原因,并且在湾口至湾顶两个测站之间M_6分潮增长了自身的近两倍。本文首先分析构建的FVCOM数值模型得到的M_6同潮图,发现M_6分潮在计算海域存在两个无潮点,一个位于湾外开边界附近,另一个位于东侧的陆地上,这与矩形等深渠道共振理论中在1/4,3/4处出现无潮点的理论是相符的,只是实际情况中由于浅水效应的影响,湾口处的无潮点被迫转移到陆地上。进一步进行了三组数值实验:改变水深和湾长后,大亚湾内的共振条件被破坏,M_6潮高均显著减小,证明共振效应确实是引起该分潮增大的原因;能量来源实验表明:M_6分潮的成长72%来源于自身成长,4.6%来源于M_2分潮非线性转化,23.4%来源于M_2和M_4分潮相互作用转化;若除去二次底摩擦,M_6分潮就不能通过各种非线性作用攫取能量,共振放大作用也就发挥不了任何作用。     

北部湾海域潮汐特征研究

潮汐在民生、经济、国防安全等方面都有着重大重要的意义,掌握潮汐规律是开展海洋事业的先决条件之一。本文根据夏威夷大学水位中心公布的4个长期验潮站(东方站、北海站、Hon Dau-A站和Vung Ang站)以及一个临时实测站(白龙尾站)各1a连续数据,利用T_tide程序包提取调和常数,解算北部湾沿海的潮汐特征值,得出如下结论:研究海域以规则全日潮为主,仅Vung Ang站为不规则全日潮;研究区域半日分潮以M_2分潮为主,北海位置M_2分潮最大,全日分潮以O_1为主;平均潮差H_1在Hon Dau-A站最大,Vung Ang站最小;对于最大可能潮位H_2,北海站最大,Vung Ang站最小;日潮不等现象仅Hon Dau-A站比较明显,其高潮和低潮均日不等;在涨落潮历时方面,Hon Dau-A相差1h左右,其余站相差不大; Hon Dau-A和Vung Ang涨潮历时长于落潮历时,其余站相反。     

粤西沿岸海域潮汐特征

对粤西海域水东、湛江、硇州岛、南渡和海安验潮站各1年水位资料进行了调和分析及统计。结果表明:粤西海域北部湛江、水东、硇洲岛、南渡4站主要分潮为M_2、K_1、S_2和O_1,是不规则半日潮;而南部海安站主要分潮为O_1和K_1分潮,是不规则日潮。粤西沿岸各站浅水分潮和平均水位从北到南有减小趋势。在日潮不等方面,粤西沿岸验潮站都存在明显的日潮高、日潮时不等现象。日潮时不等总体上从北到南有降低的趋势,北部湛江、水东和硇州岛涨潮时间比落潮长1~1.5 h,南部南渡和海安两站涨、落潮时相差不大。另外,调和分析和经验公式不再适用于南渡站,南渡河入海口处堤闸工程是主要原因。这为粤西海域环境资源开发、航运活动等提供环境支持和保障。     

灌河口潮汐不对称数值模拟研究

建立灌河口平面二维潮流数字模型,并在灌河口口门至陈家港河段沿程布置5个采样点和3个横向断面,通过对各采样点一个月数值模拟结果进行调和分析,得出灌河口M2分潮及其主要倍潮的基本特征,然后利用潮位-流速关系图及通过对动量方程中各项的统计计算,研究了灌河口潮波运动的基本动力平衡、M2的主要倍潮的产生机制及其对潮汐不对称现象的影响。研究认为:灌河口潮汐潮流均属正规半日潮型。M4、M6分潮对于灌河口潮波变形有着重要的影响,M8分潮除在浅滩处外对潮汐不对称的影响很小。在深槽处M4分潮导致最大落(涨)潮流速减小(增大),最大涨(落)潮流速与最高(低)潮位之间的相位差增大。M6分潮的影响与M4基本一致,但其作用明显小于M4分潮。在浅滩处M4分潮导致最大涨落潮流速均大于M2分潮的值,M6和M8分潮使最大涨落潮流速均出现在高潮位附近,但M6、M8使最大涨潮流速减小,而使最大落潮流速增大。外海边界处倍潮波的传入对于口门附近的潮汐不对称有一定影响。M4和M6分潮导致灌河口的潮汐不对称表现为涨潮主导型,潮波运动主要受到压强梯度力、非线性对流和底摩擦力,三者与局地惯性力构成灌河口的基本动力平衡,摩擦力并不是最重要的作用力。     

伶仃洋洪季潮波传播变形及不对称性规律分析

珠江河口伶仃洋水域潮波传播变形及其不对称性关系对河口动力环境和物质输运产生影响。研究根据珠江口伶仃洋及东四口门19个潮位站2011年6月实测逐时潮位, 利用收缩河型沿程潮幅解析理论, 阐释伶仃洋从桂山岛上行沿程潮汐传播规律特征; 在调和分析基础上, 应用偏度理论和分潮组合分析方法, 阐明了伶仃洋东西岸及洪奇门、蕉门内潮汐不对称性分布特征, 对照数值研究结果, 指出伶仃洋至虎门之间水域导致潮汐不对称性的主控因素及响应规律。研究表明, 河口平面形态呈近似指数收缩特征的伶仃洋, 沿程潮幅的变化符合指数收缩型河口波幅解析变化规律, 东岸潮幅高于西岸的主要原因是东岸水深大于西岸, 其次是科氏力影响; 行进潮波虽受地形摩擦耗能及非线性作用下不同频率分潮间能量迁移的影响, 但收缩河口能量汇聚效应可以保证收缩段天文分潮潮幅减缓衰减甚至增加, 半日分潮能量汇聚效果强于全日分潮, 各非线性项作用促使浅水分潮产生并持续增能, 保证一定距离内沿程潮幅的增大; 潮汐不对称性的偏度由湾口落潮占优向湾顶涨潮占优发展, 在伶仃洋中部赤湾至金星港一线转为涨潮占优, 产生该现象的原因是自湾口向湾顶不同频率间天文分潮K₁-O₁-M₂的相互作用, 导致表现为落潮优势潮的不对称性减弱, 而天文分潮M₂和其对应的浅水分潮倍潮M₄组合作用使涨潮优势偏度值的不对称性增强; 收缩河口形态属性要素中, 水深是影响潮不对称性的最主要因素。     

辽东湾西部海域潮流特征

根据2009年9月在辽东湾获取的3个站位的25h连续定点海流观测资料进行准调和分析,计算了3个站位6个主要分潮O_1、K_1、M_2、S_2、M_4、MS_4的北、东分量潮流调和常数,并给出了各测站在各层的潮流椭圆要素。计算结果表明:该海区潮流属于正规半日潮流性质,主要呈NE—SW向往复式运动,最大可能流速介于70~120cm/s之间,流速总体上由表至底逐渐减小。对于O_1、K_1、M_2、S_2这4个主要分潮流,北分量基本上大于东分量,底层普遍较表层先转流,最大流速发生时间亦是底层较表层提前,浅水分潮在总海流中占的份额都很小。     

广西近岸海域潮流数值模拟

采用有限元三角形网格的分步杂交方法,建立了广西近岸海域的二维潮流数值模型,计算值与实测资料符合较好。采用主要分潮组合输入,模拟了研究海域的平均潮潮流场。模拟结果表明:涨急时,潮流向为东北方向,最大涨潮流速为74cm/s左右;落急时,潮流向为西南方向,最大落潮流速约100cm/s,落潮流速大于涨潮流速。近岸区域潮流为往复流,离岸边越远潮流越接近旋转流。     

鸭绿江口的潮汐特征

对1985年和1996年鸭绿江口6个站位的水位数据进行调和分析,结果显示,鸭绿江口的潮汐以半日潮为主,M2 分潮占优.此外,潮高日不等和涨落潮历时不等的现象较为显著,与实测水位结果一致;由口门向上游方向潮差逐渐减小,落潮历时增大,涨潮历时减小,且落潮历时长于涨潮历时.最下游枢岛验潮站的平均海平面为0.08 m;最上游丹东站为1.14 m(1985);从下游至上游平均海平面呈现增大趋势,主要原因是鸭绿江口为向上游迅速束窄的狭长形喇叭口,大面潮水涌入后水位被束窄抬升所致.利用调和常数计算的潮位与观测数据基本吻合,表明研究区观测期间水位主要受潮汐作用的控制.     

渤海湾M_2分潮的季节变化:增强调和分析的应用

M_2分潮的季节变化对沿海的海洋环境有着重要影响。增强调和分析(EHA)既可以提取主要分潮时变的振幅和迟角,同时可以得到其他分潮不随时间变化的振幅和迟角。本文利用EHA分析渤海湾两个站点的水位数据,研究了渤海湾M_2分潮的季节变化。为了评估EHA方法的准确性,在理想实验中设计了人造"水位数据"。利用EHA分析得到的M_2分潮时变振幅和迟角以及S_2、K_1、O_1分潮不随时间变化的振幅和迟角均比其他方法得到的结果更接近给定值,表明了EHA的有效性和可用性。当使用EHA分析渤海湾实际海平面观测数据时,得到的M_2分潮振幅具有明显的季节变化特征:夏季较大,冬季较小。敏感性实验表明,分析所得渤海湾M_2分潮振幅的季节变化趋势不受实验设置的影响,是鲁棒的,能够反映该海域真实的M_2分潮季节变化。此外,渤海湾M_2分潮振幅的季节变化可能是东亚季风通过影响平均海平面、层化和涡动黏性系数的季节变化而引起的。     

海南岛莺歌海近岸的潮汐不对称与潮致余流研究

潮汐不对称与潮致余流在河口海岸区的物质输运中扮演着重要角色。已往的研究表明,在驻波占主导的河口海湾中,涨落潮的历时不对称与流速不对称有较为良好的对应关系。而潮致余流主要由地形与潮波的非线性作用所致。本研究以海南岛莺歌海附近为代表,结合实际观测与数值模型,研究复杂地形的开阔近岸区的潮汐不对称与潮致余流。结果表明,在莺歌海近岸区,涨落潮历时不对称皆表现为涨潮历时短于落潮历时,而流速不对称则出现复杂的空间变化。对流速不对称的机制分解表明,研究区的流速不对称主要由K₁、O₁与M₂的相互作用,以及潮余流与各潮汐分潮的相互作用所控制。其中前者产生涨潮流速大于落潮流速的涨潮优势,而后者则与余流的方向相对应,出现多个涨潮优势与落潮优势的区域。总体而言,研究区的流速不对称由余流与各潮汐分潮的相互作用所决定。这表明,采用涨落潮历时的不对称来确定潮汐不对称的方法在开阔近海区可能并不适用。对潮致余流的研究表明,研究区的欧拉余流远大于斯托克斯余流。欧拉余流表现为多个顺时针与逆时针的涡流。涡流分布与地形具有较好的对应关系,潮流沙脊区多发育顺时针涡流,而深槽区则以发育逆时针涡流为主。摩擦力在涡流的发育中起着重要作用。     

潮汐非调和常数的计算方法——Ⅱ.人工计算过程

在本文第Ⅰ部分,我们导出了日潮和半日潮平均振幅的计算式,其中包括半日潮振幅和位相的浅水校正。这些计算式经简化后已经只包含M_2,S_2,K_l,O_l,M_4,M_6这六个分潮的调和常数。第Ⅱ部分主要讨论利用日潮和半日潮平均振幅计算潮汐非调和常数的具体过     

大亚湾海域潮流和余流的三维数值模拟

用三维陆架海模式(HAMSOM)对大亚湾海域的潮汐、潮流和余流进行了数值模拟研究,模拟结果与实测值吻合较好。给出了潮流性质、主要分潮的潮流椭圆和余流。计算结果表明,大亚湾海域的潮流性质以不正规半日潮为主,水平潮流具有明显的往复流性质,主要呈南-北方向,落潮流速比涨潮流速大,其中表层M2分潮最大流速为25.3cm.s-1。流速受地形的影响,在大辣甲和黄毛山岛之间以及两岛与岸之间的区域流速较大,尤其在湾的东北角狭长地形处流最急,流速最大;靠近岸边流速较小,水平速度的垂向变化不大。夏季湾内余流较小,海域自净能力较弱。冬季湾内水体的自净能力随流场强度加强而加强。     

长江口及其邻近海域两定点周日海流观测的准调和分析

本文采用短期资料的潮流准调和分析方法对2016年7月长江口及其邻近海域两个连续站的表、中、底3层海流数据进行准调和分析,计算得到两站点的O_1、K_1、M_2、S_2、M_4、MS_4等6个分潮的调和常数,并绘制了各层各分潮的潮流椭圆。计算结果表明:该海域潮流流速由表及底逐渐降低,潮流为旋转流且为顺时针,潮流性质以不正规半日潮为主,分潮流主要为北分量大于东分量,且M_2分潮占绝对优势。余流垂向表现为从上至下逐渐减小,方向指向东北向,且东分量大于北分量。结果可以为同期观测的其他悬浮物分布及物质输运提供动力解释。     

渤海主要浅水分潮的模型研究

采用POM海洋模式模拟了渤海潮汐的主要特征。4个主要天文分潮的计算结果与实测吻合较好,在此基础上进一步探讨了渤海3个主要浅水分潮的基本特征。根据模式计算结果发现:渤海M_4和MS_4潮波传播特征类似,均存在5个潮波系统,其中4个为逆时针旋转,1个为顺时针旋转,与前人的研究成果比较一致。此外,根据浅水分潮和产生浅水分潮的源分潮的关系式推算得到MS_4分潮的振幅和迟角,与直接通过调和分析得到MS_4分潮的振幅和迟角进行对比,结果也是比较符合。针对M_6分潮在渤海传播特征进行分析,发现:本海域存在7个M_6分潮无潮点,其中4个为逆时针旋转,3个为顺时针旋转。计算结果还发现:3个浅水分潮都是在近岸浅水海域振幅相对较大,这显然与浅水分潮的产生机制密切相关。     

南麂岛附近海域潮汐和潮流的特征

以2008年冬季在浙江近海南麂岛附近投放的4个底锚系观测的水位和流速资料为依据,分析了潮汐和潮流特征。水位谱分析结果显示半日分潮最显著,全日分潮其次;近岸的浅水分潮比离岸大。水位调和分析结果表明:潮汐类型均为正规半日潮,近岸处的平均潮差大于3m,最大可能潮差大于6m,潮汐呈现出显著的低潮日不等和回归潮特征。流速谱分析结果显示半日分潮流最强,全日分潮流其次,且比半日分潮流小得多;近岸浅水分潮流比远离岸显著。流速调和分析结果表明:潮流类型均为正规半日潮流,靠近岸的两个站浅水分潮流较显著;最显著的半日分潮流是M2分潮流,其最大流速介于0.32～0.48m/s之间,全日分潮流均很弱,最大流速小于0.06m/s。M2分潮流均为逆时针旋转,椭圆率越靠近海底越大;最大分潮流流速分布为中上层最大、表层略小、底层最小;最大分潮流流速方向的垂向变化很小,底层比表层略为偏左;最大分潮流流速到达时间随深度的加深而提前,底层比中上层约提前30min。潮流椭圆的垂向分布显示这里的半日分潮流以正压潮流为主;日分潮流则表现出很强的斜压性。     

不完整水位观测资料的一种特殊处理方法

在潮汐调和分析过程中,观测资料长度的选取是至关重要的;选择得当,分析出的调和常数精度就高。所谓选择得当,即应考虑到分潮分离的条件——分潮的角速率、周期、分潮群、分潮的组成等等。从分潮的角速率及分潮周期来考虑,长周期分潮对长时期海平面的变化起决定性作用。如Sa、Ssa分潮的贡献都很显著。尤其在浅海地区,假如Sa分潮的平均振幅大于M_2分潮的平均振幅,则Sa的作用之大是不可忽视的。日分潮、半日分潮、1/3日分潮及1/4日分潮等一系列短周期分潮,则     

潮优型河口动力对水深变化的响应机制研究——以葡萄牙Guadiana河口为例*

强人类活动(如航道疏浚)和自然气候变化(如海平面上升)对近岸河口环境不同影响的辨识是目前河口海岸学研究的热点和难点问题。在地形概化和动力简化条件下, 解析模型能够快速辨识强人类活动和自然气候变化对河口环境的影响, 它是探讨河口动力过程对外界干扰的响应机制的重要工具。本文基于前人对葡萄牙Guadiana河口不同分潮之间非线性相互作用的研究, 采用一维水动力解析模型探讨河口不同分潮潮波传播过程对水深变化(模拟航道疏浚和河道淤积过程)的响应机制。研究结果表明: 平均水深$\overline{h}$的变化影响无量纲河口地形参数γ和摩擦参数χ, 进一步影响河口动力参数包括潮波振幅参数ζ、流速振幅参数μ、波速参数λ、潮波振幅增大/衰减率参数δ以及流速与水位之间的相位差?等; 平均水深变化对河口中下游段(x=0~60km)的潮汐动力影响较大, 而对河口上游段(x=60~78km)影响较弱; 主要半日分潮(M₂、S₂、N₂)对水深变化的响应略大于全日分潮(K₁、O₁); 航道疏浚幅度小于2m时, 对河口潮汐动力格局影响不大, 而当疏浚幅度大于2m时, 将对河口潮汐动力格局及水环境(如盐水入侵等)产生较大影响; 河道淤积将导致潮汐动力减弱, 流速振幅、潮波振幅及传播速度减小, 流速和水位之间的相位差也减小。