末次冰期最盛时期以来中国东部边缘海潮波系统演变过程的模拟研究

在系统地研究了中国东部边缘海区引潮力、入射潮波、科氏力、水下地形、海岸形态及磨擦作用等因素对区域潮波系统形成影响的基础上,确定了中国东部边缘海岸轮廓是区域潮波系统形成的主导因素,认为模拟末次冰期最盛时期以来中国东部边缘海区潮波系统的形成过程需要3个重要的控制性条件,即入射潮波、海岸线变迁过程和海面变化曲线。利用中国东部边缘海潮波系统与海岸演变模拟支持系统,对末次冰期最盛时期以来30个时期中国东部边缘海区潮波系统的形成与演变过程进行了模拟再现研究,系统地恢复了在不同的海面高程、不同的岸线形态条件下全日潮、半日潮潮汐分布特征。模拟结果显示,末次冰期最盛时期以来,12400aB.P.和7500aB.P.两个时间界限分别代表了旋转潮波系统－无潮点开始出现、中国东部边缘海潮波系统现代格局基本奠定这两个特征事件的发生时间,将中国东部边缘海潮波系统的演变过程划分为3个发展时期。     

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。     

瓯江口及东部海区潮差沿程变化分析

利用瓯江河口及东部近岸海区11个验潮站的实测大潮和小潮潮位过程进行统计,并探讨了潮波由外海向瓯江河口及上游传播过程中潮差的沿程变化。结果表明,受水下地形摩阻、岛屿阻隔及岸线束窄作用,潮波由外海向河口内传播过程中,潮差逐渐减小,且低潮位逐渐抬高;同时,越靠近河口及上游,潮差沿程变化越为显著。     

南海西南部海域M2潮波传播分布研究

本文使用ADI方法对南海西南海域M₂分潮波进行了数值模拟,取得了满意的结果,同时还对此海区的岸形、底形和科氏效应做了数值试验。笔者得出结论:在此海区中存在三个无潮点和三个明显的潮波腹点;泰国湾口的顺时针旋转潮波系统是在弱科氏力作用下,潮波在湾口作缓慢的右转弯形成的;在潮波腹点附近,以腹点为中心流场呈放射状分布。     

珠江口伶仃洋的Kelvin潮波利用二维分析模型和三维数值模拟的研究

伶仃洋的研究是整治珠江口的关键课题之一,也是河口学研究方面极有意义的。其地形复杂:浅滩和深槽互相交替,潮间带在低潮时露出;径流从四个口门流入,洪季和枯季相差几倍;又有大、小潮的变化;除了纵向盐度梯度外,又有横向的盐度梯度。利用分析模型和三维斜压式数值模拟两种方法,认为河口宽度较大因而科氏力起一定作用,加之虎门附近的反射作用,形成具有部分反射的Kelvin潮波系统。斜压作用和漏斗状地形的修正,可以解释主要的水文特征。例如东部潮差较大,水位较低。潮流是往复流,超前于潮波的相位越向南越大,盐度的空间分布是东南较高,时间变化滞后于潮波。含沙量的空间分布是东南较低。揭示出:东部涨潮流大于落潮流,西部则相反,以至形成了海水由东部流入,河水由西部流出的余流循环。这些结果提示:选择航道在东槽较好,东岸排污污染将随余流循环而影响到整个伶仃洋,等等。对经济建设及总体长远规划提供重要的依据。     

从潮能通量变化看6000a以来长江口的迁移

引入潮能通量变化的概念,将河口区沉积动力环境、泥沙运移与能量变化联系起来,以东中国海三维高精度潮波模拟为基础,对长江口演变进行研究。模拟结果表明,全新世最大海侵以来,科氏力造成的潮能通量变化在长江口、杭州湾、舟山群岛及其外侧始终为负,减少的方向为西北;其负值区界于东经124°以西及北纬28°以北。说明科氏力的作用是使泥沙在长江和杭州湾口及其外侧邻近海域沉积,且沉积体向东南方向发育;在现代长江口外海区沉积动力环境条件下,长江口向东南迁移的范围不会越过东经124°、北纬28°这一界线。舟山群岛造成的潮能通量变化与科氏力的作用一致,但其作用量较小,仅为科氏力的1／50,影响范围也较局限。     

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。     

边缘波研究进展

由于折射作用,在波浪近岸传播过程中会出现一种特殊的、沿着岸线传播的波浪,这种波浪被称为边缘波。边缘波平行于岸线传播,其振幅在岸线处最大,在远离岸线的方向,其振幅呈指数型减小,它们的能量基本被限制在离海岸一波长的距离之内,因此边缘波对近岸地区工程、地貌等有着重要影响。本文对边缘波的研究历史、研究进展进行了阐述,主要介绍了以下几个方面：（1）基于不同控制方程、不同地形上的边缘波理论;（2）实际观测到的边缘波特性;（3）物理模型试验中边缘波的造波方式以及观测到的边缘波特性;（4）数值模拟方法在边缘波研究中的应用。最后,展望了边缘波在未来的研究趋势。     

大亚湾风暴潮波浪传播数学模型

本文建立了大亚湾风暴潮涌浪传播数学模型,以任意多边形离散计算海区,每一多边形构成单元,以波浪运动学和动力学守恒方程模拟单元内能量传递,以风暴潮过程模拟边界入射波高过程,用风暴潮涌浪传播基本方程和波能缓坡方程结合模拟湾口巨浪向湾内的传播过程。通过分析大亚湾不同种类岸线反射系数的概率分布,并结合实测波高对模型进行率定,最终确定模型参数。将大亚湾特征点计算波高与统计推荐波高比较进行模型验证,结果显示SE向波高与H_(13%)推荐波高对应较好,可以用于大亚湾海区的波浪预报。计算当大亚湾口分别出现10年一遇、50年一遇及100年一遇的波高时,在E、ESE以及ES向入射波浪条件下大亚湾海域极值波高的分布。分别对风暴潮涌浪在不同类型岸线的爬高以及风暴潮涌浪传播对岸线的作用力进行计算。     

日照石臼港人工岬湾海岸设计及稳定性研究

基于日照万平口海区三期水深地形调查资料、水动力及海底沉积物调查数据,研究了日照石臼港海域人工岬湾海滩建设前后波浪场的变化、沉积物在波浪作用下沿岸输运变化及海岸侵蚀冲淤特征,并模拟验证了人工沙滩建设后的平衡岸线,明确了不同长度防波堤建设后海滩的稳定性及其设计的合理性。结果表明:防波堤建设前研究区入射波浪与岸线有一定夹角,导致波浪作用下沉积物有由南向北输移的趋势;人工岬湾的建设可改变近岸波浪场,继而影响沿岸泥沙输运,对岸滩稳定有重要影响;海岸工程、波浪场及泥沙输运三者相互作用,是人工岬湾海岸稳定性的关键因素。     

人类活动和自然演变共同驱动下黄河三角洲海域潮波及物质输运变化

在海堤建设等人类活动和三角洲蚀淤等自然演变的共同作用下,黄河三角洲岸线水深近年来发生了剧烈变化,同时也将引起邻近海域潮波系统及物质输运路径的重要变化。本文基于FVCOM数值模式,建立了黄河三角洲及邻近海域三维高分辨率潮汐、潮流及拉格朗日粒子追踪数值模型。通过与环渤海长期验潮站的潮汐调和常数、黄河三角洲临时潮位站和测流站的实测资料对比,模型结果验证良好,能较好反映黄河三角洲及邻近海域潮汐、潮流运动特征,并获得了2019年M₂分潮无潮点位置。通过设置1980年、2019年黄河三角洲岸线自然演变、海堤建设及相应水深地形变化的5个数值实验,结果表明：在人类活动与自然演变共同驱动下,黄河三角洲海域的M₂分潮无潮点向东南方向移动,主要影响因素为水深。黄河口向海延伸和海堤丁坝建设导致的岸线变化,对无潮点位置影响较小,但在该凸出岸段两侧形成余流流涡,使得黄河入海物质在莱州湾内停留时间变长,向渤海输运扩散的时间推迟。     

辽东湾北部潮滩及浅海区泥沙运移趋势

本文根据多断面昼夜水文、泥沙观测,潮滩重复水准测量并借助~(210)Pb测年,分析了辽东湾北部潮滩和浅海区潮流及泥沙的分布和变化。结果表明:本区泥沙以纵向搬运为特征。双台子河口及西部来水来沙是东部沙洲和浅滩发育的主导因素。汛季大潮期,泥沙落淤在河口及附近浅海且泥沙自西向东运移;小潮期,泥沙除纵向扩散外(向东),存在净向海搬运。调查期滩面淤积强度自西向东减弱。高、中浓度泥沙浑位置与盐度梯度区的上部界面相符,多出现在25—30km以内的岸段(水深10—13m),30km以外泥沙骤减,海水亦由黄棕色变为兰绿色。     

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。     

水位波动对临海重力式挡墙基坑稳定性的影响

近年来临海(江)建设的地下工程逐渐增多,与常规静水补给条件下的基坑工程相比,受波浪、潮汐等动水作用影响的基坑可能展现出不同的性状,对该类水力条件下基坑响应问题的研究具有重要的工程意义。依托港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道海域段基坑工程,采用PLAXIS软件对波浪、潮汐作用下重力式挡墙两侧的水土压力、基坑的稳定性进行了探讨分析。结果表明,对于均质砂质地基上的重力式挡墙,当基坑距防波堤一定距离时,波浪对其稳定性的影响可以忽略不计;潮汐在海床和基坑中的传播有滞后效应,当潮汐为最高潮位时,基坑并非处于最危险状态;潮汐作用下临海重力式挡墙基坑的稳定性可以通过拟静水位法近似分析。     

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。     

Some thoughts on the spring-neap cycle of tidal dissipation

The spring-neap cycle of global energy dissipation by ocean tides is calculated with a view to trying to explain an observed anomaly in the tidal fluctuations in the length of day. Calculations are performed in three ways: dissipation by friction linearly proportional to semidiurnal tide velocity, by quadratic friction, and by the torques of the lunar and solar tidal forces on the solar and lunar ocean tides, respectively. All methods give comparable results equivalent to an amplitude of about 0.1 μs change in the length of day with a small phase lag. These are inadequate to explain the observed anomaly of about 3 μs and 0.1 rad phase lag. Further investigations, to determine the generation of a non-equilibrium global MSf wave of equatorial amplitude 0.9 mm by nonlinear interactions in shallow seas using global tide models and observations, are suggested.     

Study on the Tidal Wave System and Formation Mechanism of M2 Tide in the Taiwan Strait

To study the Taiwan Strait （TS）, an unusual sea area, the numerical model in marginal seas of China is used to simulate and analyze the tidal wave motion in the strait. The numerical modeling experiments reproduce the amphidromic system of the M2 tide in the south end of the Taiwan strait, and consequently confirm the existence of the degenerate amphidromic system. On this basis, further discussion is conducted on the M2 system and its formation mechanism. It can be concluded that the tidal waves of the TS is consisted of the progressing wave from the north entrance and the degenerate amphidromic system from the south entrance, in which the progressing wave from the north entrance dominates the tidal wave motion in the strait. Except for the convergent effect caused by the landform and boundary, the degenerate amphidromic system produced in the south of the strait is another important factor for the following phenomena： the large tidal range in the middle of the strait, the concentrative zone of co-amplitude and co-phase line in the south of the strait. The degenerate amphidromic system is mainly produced by the incident Pacific Ocean tidal wave from the Luzon strait and the action by the shoreline and landform. The position of the amphidromic point is compelled to move toward southwest until degenerating by the powerful progressing wave from the north entrance.     

The study of tidal currents in the seamount area in a continuously stratified ocean

In the framework of the linear theory and without using the hydrostatics approximation, we study the wave motions produced by a barotropic tide impinging upon a bottom topography feature in a continuously stratified ocean. Numerical techniques are used to estimate the effects of the stratification and the Coriolis parameter on the tidal flows in the seamount area. Translated by V. Puchkin.     

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。