渤海潮混合数值模拟——Ⅱ.渤海主要半日分潮数值模拟中有关问题的处理

正确地模拟出渤海潮流场是解决渤海污染扩散数值计算的关键问题,而在潮波数值模拟中,主要是如何正确地选取适合渤海区域自然条件的糙度系数和水平粘滞系数。我们采用数值模拟的方法,求出了渤海潮波数值模拟较好的糙度系数和水平粘滞系数,并对数值模拟中选用的空间网格大小、时间步长以及不同边界的划分进行了数值试验。另外,     

海平面上升导致渤、黄、东海潮波变化的数值研究Ⅰ——现有的渤、黄、东海潮波的数值模拟

采用球面潮波运动基本方程,利用开边界强迫水位条件和考虑天体引潮力,对渤、黄、东海现有的潮波进行数值模拟。模拟包括19个理论系数最大的分潮波,其中半日潮波10个,全日潮波9个,对如此多数目的分潮波进行模拟是第一次尝试。模拟结果与实测资料作了比较。根据模拟获得的调和常数绘制了同潮图,并对潮波运动进行了讨论和分析。     

渤海岸线地形变化对潮波系统和潮流性质的影响

采用有限体积近岸海洋模型FVCOM,基于渤海2004和2014年的岸线地形数据,构建渤海2个年份的三维潮汐潮流数值模式;通过数值模拟研究,探讨了渤海岸线地形变化对潮波系统和潮流性质的影响。数值模拟结果表明:岸线地形变化后,半日分潮潮时在渤海湾、莱州湾和渤海中部东南海域提前,在辽东湾和渤海中部西北海域滞后;振幅在渤海湾及辽东湾增大,在莱州湾及渤海中部减小;位于秦皇岛和黄河口的半日分潮无潮点位置分别向西南和东南方向移动。渤海绝大部分海域全日分潮潮时提前,振幅增大,位于渤海海峡的全日潮无潮点位置向东移动。潮流性质系数在莱州湾增大,在渤海其他大部分海域减小,渤海规则半日潮流海区范围略有增加,不规则半日潮流海区范围相应减少。     

海平面上升导致潮波系统变化的机理(Ⅱ)——基于数值模拟的研究

利用潮波基本方程数值模拟了湾口朝南的不同矩形海湾和曲折岸线海湾中海平面上升引起的潮位振幅和位相变化.根据矩形海湾中的模拟结果可以看出,如果忽略潮波方程中的非线性项,潮位振幅变化△R和位相变△θ的空间分布特征与基于理论模型在矩形海湾所获得的特征相当接近;当考虑方程中的非线性项时,不包括较深的海湾,正负△R的分界线变成1条通过无潮点附近的封闭曲线,而不是线性情况下的1条通过无潮点附近大致东西走向的曲线.另外也发现,在曲折岸线的海湾内,如果忽略非线性项,正负△R的分界线是1条通过2个无潮点的半环状的曲线,当考虑非线性项时,出现2条正负的分界线,它们是通过各自无潮点附近的封闭曲线.就△R的强度来说,非线性项使得正△R的强度减弱,在较浅水海湾中的△R强度大于较深水海湾中的强度,海底横向倾斜的海湾中的莫玆强度大于较浅水海湾中的强度.△R最强的区域位于无潮点附近的一段△R分界线之两侧.     

渤、黄、东海8个主要分潮的数值模拟研究

应用MIKE数值模拟软件,采用无结构三角形网格,建立一套计算区域包括整个渤海、黄海、东海以及东海大陆架和琉球群岛的高分辨率数值模型,考虑了实际水深和岸线,外海开边界采用西北太平洋大模型结果的潮位提供,模拟了东中国海潮波的波动过程,对潮波垂直运动过程进行调和分析,得到了渤海、黄海、东海的M2,S2,K1,O1以及N2,K2,P1,Q1八个主要分潮的传播和分布特征。利用中国沿海14个潮位站的调和常数对模型结果进行了验证,验证结果显示模型较为准确可靠。研究结果表明:4个主要半日潮(全日潮)在渤、黄、东海的传播情形基本相似,即潮波在渤海、黄海、东海沿岸的传播性质上类似沿岸开尔文波的传播形态,并且成功再现了计算海域的4个半日分潮无潮点和2个全日分潮无潮点。全日潮振幅各无潮点附近振幅最小,而海湾的波腹区振幅最大,东海潮差呈现近岸方向振幅大、离岸方向振幅小,浙闽沿海振幅也较大,黄海振幅相对较小,渤海振幅在辽东湾和渤海湾顶最大,两个无潮点周边振幅较小。     

渤海开边界潮汐的伴随法反演

潮汐潮流数值模拟中的一个主要难点在于开边界条件的确定。本文采用伴随法 ,由渤海沿岸 1 9个验潮站的潮汐调和常数来反演渤海海域的开边界条件 ,以实现渤海潮波的数值模拟。计算所得调和常数与实测值之差的绝对平均值 :m1 潮波振幅差为 1 4cm ,迟角差为5 0°;M2 潮波振幅差为 2 4cm ,迟角差为 5 0°。数值模拟结果正确地反映了渤海m1 和M2 潮波的基本特征     

铁山湾内天文潮对风暴潮水位的影响研究

作为半封闭狭长海湾,铁山湾受风暴潮灾害的影响较为严重。根据多年观测资料和数值模型对铁山湾内的风暴潮水位特征进行了研究。观测资料表明海湾内风暴潮峰值水位受天文潮相位影响较为显著,然后基于ADCIRC风暴潮模型和1409号“威马逊”台风参数,定量评估了天文潮对风暴潮水位的影响。模拟结果表明当考虑天文潮作用时,会显著提高模拟结果精度,然后通过数值实验研究了风暴潮与不同相位天文潮相互作用时的水位变化特征。数值实验结果表明天文潮-风暴潮相互作用引起的非线性水位在涨潮阶段不明显,在高潮位时非线性水位达到负值最大;在落潮时达到正值最大。风暴潮增水峰值由于受到这种非线性效应的影响,在高潮位时数值最小。海湾内非线性作用要远大于外部,非线性效应越强,总水位峰值相对于天文潮高潮位的延迟时间也就越长。     

中国东部边缘海潮波系统形成机制的模拟研究

以三维高精度潮波数值模拟为基础,动用系统分析方法和地理信息系统技术,对影响中国东部边缘海潮波系统的因素,包括入射潮波、科氏力、海区地形、岸线形状及底摩擦等,进行了模拟试验。结果表明,它们对潮波系统的模式有不同程度的作用,其中科氏力的有无、岸线形态的变化和水下地形的巨变化对潮波系统有重要影响。研究认为,中国东部边缘海潮波系统是一个海－潮相互作用的整体;在一定的入射潮波条件下,该区的海区条件、特别是岸     

冬季寒潮期间黄、渤海水位低频波动研究

利用 POM(Princeton Ocean Model)海洋数值模式建立渤、黄、东海冬季三维环流动力学区域模型。模型在海-气边界使用包括风应力、气压和热通量的大气驱动, 海洋边界使用西太平洋模式提供的环流和潮位驱动, 综合模拟潮波运动、温度、盐度、环流变化和水位低频波动。 模拟了 2001 年 1 月寒潮过境时黄、 渤海水位低频波动及流场变化, 分析了其对大风过程、 气压、降温的响应, 发现冬季强劲的北风和西北风都可以通过抽吸振荡在渤、 黄海诱发水位的低频波动, 东北风则由于地形影响不能诱发渤、黄海的低频波动。气压和降温只是在波动幅度上有一定的影响。波动发源于渤海和北黄海, 最大波幅可以达到 0.6 m。波动进入南黄海后有沿黄海深槽西侧传播的倾向, 波动幅度在传播过程中逐渐减小。     

渤海湾连片开发对湾内水沙通量的影响研究

渤海湾内海岸的连续开发导致岸线 、海床发生较大变化, 同时影响着湾内的水沙通量。根据不同时期的遥感影像、 实测地形和水文泥沙资料, 统计分析了渤海湾岸线 、面积和海床冲淤变化, 构建了渤海潮流泥沙数学模型, 模拟了 1984 年、 2006 年和 2015 年三个时期的水沙分布, 探究了海岸连续开发对水沙分布和通量引起的累积效应。结果表明： 渤海湾岸线和 海湾面积变化主要发生于 2005 年后, 与 1984 年相比, 2020 年的岸线长度增长超过 185%,海湾面积减少近 19%;曹妃甸港 区南侧海域冲刷基本在 2 m 等深线以内, 而近岸和港池水域基本呈现淤积状态, 淤积幅度在 2 m 以内; 海湾的连续开发利用 使得湾内分潮波振幅增大 、传播速度减缓, 近岸海域的余流变化较为明显,南部较北部海域更甚;西北湾顶 0.2 kg/m3 悬沙 分布区域不断缩小, 西南近岸 0. 15 kg/m3 悬沙分布区域向中部海域推进; 悬沙通量变化与潮流通量并不完全一致, 呈外海增 加、近岸整体降低的变化特征, 湾内向外海输移泥沙的能力减弱。     

清澜港潮汐通道的研究

本文利用二维潮波数值模拟,描画出海南岛清澜港潮汐通道及其相邻海湾的海流流场。计算结果与实测结果符合较好。在清澜港口门内,潮流与潮波有约90°的相位差。在相邻海湾中,由此可说明一些拦门沙的形态和潮流作用的关系。     

渤海主要分潮的模拟及地形演变对潮波影响的数值研究

基于FVCOM数值模式,利用1972年和2002年水深岸线数据,分别对渤海主要潮波系统进行模拟,研究了水深岸线变化对渤海主要分潮的影响。结果表明渤海地形演变会引起各分潮无潮点位置移动和振幅的改变,其中M2、S2分潮黄河口附近无潮点位置向东北方向迁移20km以上,且渤海湾湾顶振幅减弱,莱州湾内振幅增强;K1、O1分潮位于渤海海峡附近的无潮点亦向东北方向偏移,移动距离为10km左右,且渤海湾湾顶振幅明显减弱。在此基础上,本文通过敏感性数值实验,对导致黄河口外M2分潮无潮点位置移动的主要因素进行了初步分析。结果显示,在岸线不变的情况下,水深变化导致无潮点向东北方向迁移;而岸线变化导致无潮点向东南方向迁移。     

带丁坝型半封闭矩形海湾中M_2分潮潮波和潮流特性分析

将黄渤海海域概化为矩形海湾,山东半岛概化为垂直于海岸的巨型丁坝,形成一个带丁坝型半封闭矩形海湾。利用DELFT3D-FLOW计算模块在上述海湾中进行了M2分潮数值模拟,对其无潮点和辐射状潮流场的特性进行了分析。研究发现:考虑科氏力影响和巨型丁坝反射作用,坝前形成了明显的无潮点,但在等水深条件下并未形成辐射状潮流场,而叠加上倾斜海底地形后其得以形成;无潮点和辐射状潮流场顶端位置受水深影响明显,随着平均水深的增大,无潮点将向湾口和湾中轴线方向偏移,而辐射状潮流场顶端则向湾口方向偏移。研究结果有助于加深对带丁坝型半封闭矩形海湾中驻潮波系统形成机制和动力特性的理解和认识。     

黄河口及其邻近海域水深和岸线变化对M2分潮影响的数值研究

黄河口及其邻近海域水深和岸线的演化显著地影响着该海区的潮波系统。本研究收集到了1972年及2002年水深及岸线数据。在此基础上,基于ROMS模式建立了渤海海域潮波数值模式,模式采用正交曲线坐标,在黄河口及其邻近海域水平分辨率优于500m,其它海域水平分辨率优于2km。模式首先模拟了2002年M2分潮潮波状况,并利用实测资料进行了检验,在此基础上进一步模拟了1972年M2分潮潮波状况。对比分析表明1972—2002年黄河口外M2分潮无潮点向东北方向迁移约30km;期间莱州湾西侧M2分潮振幅明显增强;莱州湾M2分潮迟角呈现由前进波向退化的旋转潮波系统转变的趋势。     

渤海的潮波系统及其变迁

采用二维非线性潮波微分方程对渤海M_2、S_2、K_1、O_1四个分潮进行数值模拟,得出四个分潮的潮波图,椭圆长短轴图,同潮流时图以及潮汐、潮流性质图和S_2与M_2、K_1与O_1的迟角差图。依此可以系统地了解渤海潮波系统的分布变化规律。依据30～40年代测得的渤海海图以及假设数十年后渤海的岸形对渤海进行数值模拟,从而了解过去和现在渤海潮波的变化情况,以及对未来潮波的变化作出判断。计算表明,从30年代到70年代以来,渤海南部的半日分潮波发生了很大的变化,而日分潮的潮波变化较小。     

渤海风暴潮对沿岸增水的影响及灾害风险评估

近10多年来,我国围填海工程发展迅速,渤海海岸线变化明显,岸线变化会改变潮波传播并影响风暴潮增水。基于FVCOM海洋动力学模型,利用潮汐和风场强迫,建立了渤海风暴潮模型,根据2000年岸线和2010年岸线,分别模拟了包括台风风暴潮和寒潮风暴潮在内的4次典型风暴潮过程,对模拟数据和实测数据进行统计分析,模拟结果与实测数据基本一致。研究了岸线变化前后,渤海风暴潮对近岸増水的影响,并对曹妃甸港、天津港和黄骅港的风暴潮增水灾害进行了风险评估。     

渤、黄、东海潮汐开边界的1种反演方法

潮汐潮流数值模拟中的 1个主要难点在于开边界条件的确定。本文采用伴随方法 ,利用渤、黄、东海的 64个验潮站资料 (潮汐调和常数 ) ,通过反演渤、黄、东海的开边界条件 ,来实现渤、黄、东海 M2 潮波的数值模拟。为了取得较好的数值模拟结果 ,同时对给定的底摩擦系数进行校正 ,计算出调和常数的模拟值与实测值之差的绝对平均值 :振幅差为 4 .0 cm,迟角差为 2 .5°。实验结果较好地体现了渤、黄、东海 M2 潮波的特征。     

象山港潮波响应和变形研究 Ⅲ.潮滩位置和平流效应对M4分潮的作用

通过半封闭矩形理想海湾的潮波运动数值模拟,分析了潮滩及平流效应对M₄分潮的生成和增长的影响.结果说明潮滩的作用不但依赖本身的规模和湾内潮波非线性的强弱,而且与潮滩在湾内所处位置关系很大.在存在M₄分潮共振的海湾中,平流效应可以抑制共振对M₄分潮的放大作用.     

第六章 渤海潮波系统及潮致拉格朗日余流

对渤海潮波系统的计算,我们分别采用二维有限差分方法、有限元方法进行了数值模拟,同时应用三维非线性潮波理论进行了数值计算,除计算潮流外,还计算了潮致余流。     

黄渤海沿岸海湾—溺谷型潮汐汊道的地貌结构

本文以丁字湾等基岩海湾为例，论述了黄渤海沿岸海湾－溺谷型潮汐汊道的地貌结构，尤其着重于口门段深槽及涨、落潮三角洲。认为涨、落潮三角洲的发育状况与入湾河流的供沙量、纳潮水域容量、波浪作用、潮差以及口外海域的开阔程度有关；泻湖型潮汐汊道的落潮三角洲的典型模式可以应用于海湾－溺谷型潮汐汊道，但涨潮三角洲因受基岩海湾的复杂岸线的限制而不能充分发育。本文还讨论了海湾型潮汐汊道与半开敞海湾在动力和形态中的差异