杭州湾潮致余流数值研究

运用１９５９年１０月－１９９２年５月在杭州湾２５０余测次海流周日连续观测资料，运用σ坐标系下的三维潮控制方程，模拟该湾的欧拉余流，进行欧拉余流产生机制的数值试验；并根据欧拉流动的数值计算结果，采用拉格朗日速度在欧拉流场的近似展开，求得水质点运动轨迹和速度。结果表明，杭州湾潮致余流的最大余流速度为４６．０ＣＭ／Ｓ，惯性效应是杭州湾潮致余流产生的主要原因，杭州湾拉格朗月余流场被逆时针的大涡旋控制，表层     

渤海三维污染物迁移轨迹的数值计算

根据一种三维潮致拉格朗日余流的弱非线性理论,考虑单一频率潮波系统,在零阶天文潮和一阶拉格朗日余流数值计算的基础上,计算了二阶拉格朗日余流,然后对8个具有代表性的标识质点运动轨迹进行了数值跟踪。对水平及垂直运动性质进行了分析,并用卫片资料对结果进行了验证。提出一些有启发性的初步结果。     

洋浦港附近夏季潮余流特征分析

通过设置在洋浦外面12m等深线处锚定浮标,在2006年7月进行1个月的表、中、底层海流连续观测,通过资料分析得出如下结论:受北部潮流无流点影响,涨落潮方向基本指向北-东北方向,实测流速最大也只有37cm/s;表、中、底层的余流流向基本一致,在18～22°之间变化;表层余流流速在3～17cm/s范围内变化,变化幅度较大,中层次之,底层最小;余流流速有2个近似半个月的变化周期,流速起伏与潮位高低有很好对应关系;潮汐余流是这个海域余流形成的主要机制,风对余流流速流向也有一定影响.     

渤海、黄海和东海的潮余流特征及其与近岸环流输送的关系

渤海、黄海和东海是西北太平洋陆缘海,有宽广的大陆架,太平洋潮波长驱直入,在大陆架海域形成显著的潮汐运动,由此而产生的潮余流输送在许多地区显示出重要作用。已有很多学者(方国洪等,1985;黄祖柯,1992)用数值方法计算过渤海的潮波运动,并给出了那里的潮余流分布。渤海的潮余流计算大体上有两种方法:(1)用二维或三维潮波运动方程组计算潮汐和潮流,然后再计算欧拉潮余流(方国洪、杨景飞,1985;于克俊、张法高,1987;黄祖柯,1992);(2)以弱非线性三维拉格朗日平均流理论为基础,计算拉格朗日潮余流,它不仅包括最基本的欧拉余流,而且还包括在浅水比较显著(与欧拉余流同量级)的斯托克斯漂移速度和高阶的拉格朗日漂移速度订正值(郑连远,1992;王辉等，1993)。上述两种方法理应给出大体相近的潮余流分布,但从现有的计算结果来看,这两种方法在渤海给出了几乎完全相反的潮余流输送。 汤毓祥(1990)曾计算过南黄海和东海大陆架区的M2分潮余流,并考虑了斯托克斯速度漂移对它的影响,所得结果和已知的南黄海环流概况颇有相似之处,但由于计算边界取在东海大陆架外缘,那里的潮余流可能失真较大。Chio (1980) 也曾给出过渤海、黄海和东海大陆架区的欧拉潮余流分布,但由于他的开边界也取在东海大陆架外缘,面且他给出的潮汐、潮流数值在靠近中国大陆一侧,误差较大,因此所得潮余流也不能令人满意。 最近,我们完成了包括渤海、黄海和东海全海区的潮汐、潮流二维数值计算工作(Zhao et al,1993),与实测资料相比,其结果达到的准确程度,无论在潮位还是在潮流方面都比较好。本文以这一数值计算结果为基础,给出了渤海、黄海和东海全海区的潮余流分布，同时还讨论了潮余流与近岸环流的关系。     

胶州湾环流和污染扩散的数值模拟——Ⅲ.胶州湾拉格朗日余流与污染物质的迁移

潮流和潮余流对海湾和沿岸海域污染物质的迁移和分散所起的重要作用,已为大家所共知。潮余流亦称为潮余环流,它导致湾内的海水循环,促进与外海水的交换。然而,它是欧拉型的。溶解在海水中和以悬浮体形式混合在海水中的污染物质的迁移,与海水质点的运动一样,具有拉格朗日性质。海水质点在潮汐海区内的迁移,并不仅仅与潮余流(不考虑非潮汐引起的常流)有关,这个事实已引起许多研究者的注意。浅水波因速度切变产生水质点的斯托克斯漂移的现象已早为人们所知。根据完全相似的原理,潮流场的速度切变,也同样会导致水质点在一个潮周期后不再回复到原处,而产生拉格朗日漂     

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。     

北部湾北部白龙尾附近海域潮流谱分析

用锚定、座底声学多普勒海流剖面仪(ADCP),对白龙尾开阔水域进行为期1a的分层海流观测,通过最大熵谱分析方法,得出结论:1)日分潮O1,K1和半日分潮M2,S2是白龙尾主要分潮流,半日潮流能量大于日潮流能量;2)在半日潮和全日潮分量中,逆时针运动(f0)是主要的,并从潮波旋转形态方面给予解释;3)周期为6h左右的浅水分潮,在底层通过显著性检验,表明近底摩擦是浅水分潮生成的主要机制;4)在f0情况下,周期超过3d的长周期运动(余流)有3个,其中8.3d的长周期运动,在表、中和底层都通过显著性检验,5.2d在中层和底层通过显著性检验,认为主要是潮余流引起的。     

桑沟湾邻近海域岬角潮余流涡对及其产生机理

桑沟湾邻近海域潮余流对该海域物质输运具有重要作用,但由于观测资料不足的限制,该海域潮余流的整体分布状况尚不明确。本文利用22套锚系海流观测资料和高分辨率数值模拟资料,分析了桑沟湾邻近海域潮余流的整体分布特征,并探讨了其产生机理。桑沟湾内潮余流总体上较弱,其邻近海域的潮余流在3个岬角(俚岛,寻山和楮山)附近呈现出显著的潮余流涡对结构,每个岬角的北面存在气旋式潮余流涡,南面存在反气旋式潮余流涡。无论是流速大小还是涡覆盖范围,俚岛和楮山外海潮余流涡对均大于寻山外海的涡对。动力诊断分析表明,岬角附近3对潮余流涡的主要形成机制都是由侧边界摩擦引起的水平剪切作用,底摩擦应力旋度的作用只影响俚岛附近的潮余流涡对,位势涡度守恒的作用都不显著。     

广西近海潮汐和海流的观测分析与数值研究——Ⅰ.观测与分析

1992 - 1 996年 ,对广西近海水深浅于 2 0 m的整个海域 ,利用 2 8个锚碇浮标和 2 3个周日连续观测站 ,对水位和海流进行了观测。根据观测结果 ,对该海域的潮汐性质 ,潮流特征和余流分布进行了分析 ,并对潮汐与潮流性质差异的动因和影响余流变化的主要因子进行初步探讨。结果表明 :广西近海的潮汐性质属于正规日潮。潮流性质大部分属于不正规半日潮或不正规日潮。余流主要由潮余流和风海流组成。潮流大小潮变化和风的变化是导致余流变化的主要原因。潮流绕海角运动 ,流速增强 ,并能诱导经向离岸流     

广西近海潮汐和海流的观测分析与数值研究——Ⅰ．观测与分析

1992－1996年，对广西近海水深浅于20m的整个海域，利用28个锚碇浮标和23个周日连续观测站。对水位和海流进行了观测。根据观测结果，对该海域的潮汐性质，潮流特征和余流分布进行了分析，并对潮汐与潮流性质差异的动因和影响余流变化的主要因子进行初步探讨。结果表明：广西近海的潮汐性质属于正规日潮。潮流性质大部分属于不正规半日潮或不正规日潮。余流主要由潮余流和风海流组成。潮流大小潮变化和风的变化是导致余流变化的主要原因。潮流绕海角运动，流速增强，并能诱导经向离岸流。     

渤海湾潮致余流数值模拟研究

为了研究渤海湾潮致余流,运用Mike21模拟了渤海湾潮流场,揭示出潮波运动的规律,得到渤海湾的潮流场,在涨潮时最大流速为1.4 m/s,落潮时最大流速为1.12 m/s。根据欧拉余流的定义计算了潮致欧拉余流场,其最大流速为0.2 m/s,中值为0.005 m/s,在渤海湾北部区域和南部东营附近存在环状结构。在渤海湾不同位置释放自由粒子,通过粒子的运移路径发现渤海湾拉格朗日余流呈现双环结构。运用欧拉方法和拉格朗日方法分析渤海湾潮致余流场,阐明了渤海湾潮致余流的精细结构,可为渤海湾营养盐、沉积物或者污染物质的长期输送以及浮游生物、鱼卵等的迁移和分布规律等提供动力学基础。     

狭长海湾象山港三维污染物运移特征的数值模拟

为了探明污染物在狭长海湾象山港内的输运规律,在验证良好的三维潮流模型基础上,计算和分析了不同驱动因素下的余环流结构和污染物的三维运移特征。余流模拟结果表明该海域余流结构区域差异性明显,狭湾内夏季余流垂向分层明显,表、底余流方向相反,分界点约在0.4~0.5倍水深处;口门及以外海域主要以水平环流为主。进一步采用拉格朗日粒子追踪方法,模拟了示踪粒子在湾内的三维运移轨迹。通过对不同位置释放的污染物粒子运移轨迹进行比较分析,最后给出了模拟期间的污染物运移规律。研究结果可为排污口选址和海湾污染治理等提供科学依据。     

河口垂向拉格朗日余环流研究

应用弱非线性理论导出了狭窄型河口内拉格朗日余流的控制方程和溶解质长期输运方程,并应用流速分解法和B—样条配置技术建立了潮汐及拉格朗日余流的数值模型,应用欧拉—拉格朗日方法和B—样条配置技术建立了长期物质输运方程的数值模型,对狭窄型河口内潮致—斜压拉格朗日余环流进行了研究。结果表明,河口垂向拉格朗日余环流,不同于欧拉余环流,呈现一种较复杂的流型,在盐水入侵界的上游可能存在一涡旋。作者提出,将河口按余环流生成机制和水动力特征分为斜压,潮控及河流三个区。     

石岛湾海域排污口位置优选

在石岛湾计算潮流场基础上,建立拉格朗日余流模型,对拟选排污口附近污水质点运动进行了数值跟踪,通过对计算结果的分析,从拉格朗日输运角度提出排污口位置。     

论狭窄潮汐水道中sigma坐标下的余流

在受波动影响的近岸浅水区域，运用sigma坐标是计算平均水位附近的余流的有效途径。本项研究在理论上分析了在狭窄潮汐水道中sigma坐标下的余流的物理意义，并运用一系列的理想化数值模型对分析结果进行了验证。对于浅水波，sigma层和水体中的波动面相一致，因而斯托克斯速度及其分量可以用sigma坐标上的速度来表达。一个sigma层上的余流（即sigma余流）是位于这一sigma层平均深度上的欧拉余流和斯托克斯速度垂向分量的和，可以被看做是半拉格朗日余流。因为斯托克斯速度的垂向分量比其水平分量小一个量级，sigma余流可看做为欧拉余流的近似。在sigma层上的物质输运余流是sigma余流和斯托克斯速度水平分量的和，在大小和方向上和拉格朗日余流近似。     

ECOM模式在胶州湾潮流计算中的应用

将ＥＣＯＭ模式应用于胶州湾分潮的潮汐与潮流数值模拟,结果与观测资料符合较一维潮流水平与垂直分布结构以及若干个潮致余流涡的水平分布状况。     

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。     

内潮致拉格朗日余流的数值研究

利用MITgcm数值模式,研究了单海脊地形下的内潮致拉格朗日余流,发现余流结构与内潮结构相对应,从海脊附近沿波射线分布,向东、西两方向流动。与欧拉余流相比,拉格朗日余流在海脊附近呈现辐散的特征,欧拉余流则表现为辐聚的特征。改变地形、正压潮流速等参数,拉格朗日余流结构随之变化。当海脊变宽时,余流随波射线的消失而变得很小且混乱;当海脊变高时,海脊附近逐渐产生向海底方向的流动,与海面反射的余流形成平行的射线,余流整体增强,海脊附近的余流在向外流动过程中增幅减小;当正压潮流速增大时,余流结构基本不变,但在高窄海脊地形下海脊附近的平行射线会逐渐合为一支从海脊顶部产生的流动。     

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。     

辽东湾中部西岸浅水海域冬季实测海流分析

2015年12月在辽东湾中部西岸浅水海域进行了8个站、连续半个月的坐底ADCP海流剖面观测,通过对分层潮流和余流分析,得到该海域的海流特征如下:1)实测海流以潮流特征占主导,潮流特征为规则半日潮流,优势分潮为M2;M2椭圆长轴大小为25~50 cm/s、方向多为NE-SW向,具有显著的往复流特征。2)观测期间的平均余流为1~10 cm/s,方向多为SW向,平均余流在水平和垂向上的空间差异明显,日均余流波动剧烈;表层余流方向与局地风向具有很好的同步一致性,且距岸较近站位的表层余流受风影响更大;中、底层余流与风的相关性较差。本文得到的余流方向不支持冬季辽东湾北部的边界顺时针环流的存在。