内潮动力机制的数值研究

结合南沙群岛海域出现的内潮现象 ,利用一个两层数值模式 ,通过数值试验来探讨潮汐性质、水体的层结程度、跃层所在的深度、风应力等因子对陆架坡折处内潮特性的影响 ,结果表明 :内潮的波动周期只与海区的潮汐性质有关 ;风应力、非线性效应以及正压潮源地的深度等都可改变内潮的波动振幅 ;内潮的波动振幅随海区的水体层结程度及温跃层所在的深度不同而改变     

北部湾潮汐数值预报及其分析

采用二维非线性运动方程和连续方程组，以多个分潮同步输入，做耦合数值模拟，进行潮汐数值预报。结果表明，K1潮波等振幅线分布与历史潮波图明显不同，此线呈舌状向北伸展，特别在湾的南部海域，其中央区振幅很小，10cm等振幅线可以伸至北纬19°以北。O1分潮的分布与K1分潮类似；北部湾北部以全日潮为主，湾的南部潮汐性质指标数2．0的等值线呈舌状向湾内神，两侧为不正规日潮，中间为不正规半日潮。4．0等值线向北推移，在19°N以南中央海区预报结果与前人的结果不同；南部海区中央一带潮差很小，最大可能潮差不超过2m，这种分布与前人结果有较大差异。     

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。     

潮汐作用下渤海温跃层波动与起伏的数值研究

研究了潮汐(四大分潮 M₂,S₂,K₁,O₁同时输入)作用下渤海温跃层起伏与波动的三维数值模型(将海洋分为3层,即上混和层、跃层和下混和层),揭示了整个海区温跃层上界面处跃层起伏(在文中指每个时刻跃层波高的周期平均值)的地理分布及叠加在起伏之上的潮周期波动的时空变化,模拟出跃层波动与实测基本一致.结果发现大振幅的跃层波动均发生在海峡及近海地形突变之处.一般界面波动的波高大于甚至远远大于同一位置的表层潮波.从位相以及周期来看,潮波和跃层上下界面波动相互之间,有些海域一致,有些地方则相差甚远.跃层上界深度及厚度的梯度,对跃层起伏分布有一定的影响.跃层起伏还可能与海岸海底摩擦有关.     

基于FVCOM模型的珠江河口及其邻近海域的潮汐模拟

基于FVCOM模型,将珠江河网、河口和口外海区作为整体,建立完全三维数值模式,对珠江河口及其邻近海域的潮汐进行数值模拟.采用23个潮位站的潮汐表水位资料对模式进行验证,结果表明模式能比较准确地重现珠江河口的潮汐变化过程.通过对计算结果进行潮汐调和分析,给出了珠江河口区域及近岸海域8个主要分潮的同潮图,讨论了潮波的传播特征.珠江河口潮汐属于混合潮类型,潮型系数介于0.8—1.5.浅水分潮成分很小,最大振幅不超过5cm.对珠江河口的潮差进行统计,给出了珠江河口大潮和小潮期间的潮差大小及分布,大潮时潮差介于2.2—3.1m,小潮时减小到0.6—1.1m.     

福建海区的潮汐和潮流

本文根据实测资料和潮汐学基本理论,分析了福建海区潮波结构和特征、潮汐和潮流主要特征值的分布规律。结果表明,泉州湾以北海区潮汐很强,为半日潮;港湾区因受地形影响潮流很强,性质为半日潮;外海区潮流很弱,性质多为混合潮。福建南部海区潮汐很弱,性质多数是混合潮;潮流很强,性质为半日潮。     

南海潮汐主要分潮振幅变化趋势研究

潮汐变化研究对于海洋工程、沿海地区洪涝灾害预防、海上交通等各个方面都有着重要的意义。由于验潮站都集中在近海,所以之前潮汐变化研究主要集中在近海海域。相比之下,深海地区由于长期高频水位观测的缺乏导致相关的潮汐变化研究非常少。基于近海验潮站数据和深海卫星高度计数据,本文首次用非平稳潮汐调和分析工具包S_TIDE提取了南海4大主要分潮(M₂、S₂、K₁、O₁)振幅的长期趋势。研究发现在南海大部分地区,4大主要分潮的振幅都是比较稳定的,不存在显著的上升趋势或下降趋势。在南海少部分地区4大主要分潮的振幅存在显著的趋势,最大的上升趋势可达2.91 mm/a,最大的下降趋势可达3.50 mm/a。该海域潮汐的长期趋势可能与内潮海表面信号的变化有关。卫星观测到的潮汐既包含正压潮,也包含内潮海表面信号。南海作为全球内潮活动最活跃的海域之一,其内潮海表面信号是非常显著的。而内潮对海洋层化的变化是非常敏感的,海洋层化的变化会影响内潮的生成、传播和耗散以及内潮在海表的显示,最终引起该海域潮汐振幅的长期趋势。     

泉州湾水体结构的潮周期变化

泉州湾6个站点的观测数据显示：内湾涨潮流历时由底层向表层逐渐变短,而落潮流历时则逐渐变长;同时,各个站点实测的盐度水深结构也具有明显的潮周期变化特征,这可能与局地水体的层化和混合机制的交替变化密切相关．进一步定量分析S2站位上影响水体结构变化的四种机制发现：外湾的河口环流作用与潮汐张力、风混合以及潮汐混合作用相比要小一个量级．在一般天气条件下的大潮周期,潮汐混合与潮汐张力相互竞争是导致水体结构交替变化的根本原因;小潮周期由于潮流混合作用减弱,水体层化现象得以持续较长时间,风的搅动在特定时刻可以起到削弱层化结构的作用．     

南海东北部及台湾海峡附近环流的一个耦合模式

利用一个耦合的数值模式对南海东北部及台湾海峡附近的环境进行数值模拟,以研究多种可能的动力机制,对该海区的影响。结果表明,当以风应力、黑潮作为驱动机制时,该模式的计算结果大致与正压模式的计算结果桢,风应力促使研究海区流场的结构和强度发生变化,而黑潮才可能是该海区动力机制的主要因子,黑潮入流,入射角及海区层结程度等因素对该海区流态变化的影响较大;文章同时指出摩擦效应对于流场结构产生影响的重要性。     

北部湾潮汐潮流的三维数值模拟

基于二阶湍流闭合模型计算涡动粘性系数的POM三维水动力模式,采用细网格,考虑6个岛屿、海底摩擦系数进行划片取值,模拟北部湾潮汐潮流.所得潮汐调和常数与81个实测站比较,绝对平均误差:K₁分潮振幅为46cm,迟角为9°;O₁分潮振幅为56cm,迟角为7°;M₂分潮振幅为62cm,迟角为15°.由模拟结果分析出该海区潮汐、潮流、余水位和潮余流,以及水平速度垂直分布等特征.     

南海东北部及台湾海峡附近环流的一个耦合模式Ⅱ.模式的试验结果

利用一个耦合的数值模式对南海东北部及台湾海峡附近的环流进行数值模拟,以研究多种可能的动力机制对该海区的影响。结果表明：当以风应力、黑潮作为驱动机制时,该模式的计算结果大致与正压模式的计算结果相同;风应力促使研究海区流场的结构和强度发生变化,而黑潮才可能是该海区动力机制的主要因子。黑潮人流、入射角及海区层结程度等因素对该海区流态变化的影响较大;文章同时指出摩擦效应对于流场结构产生影响的重要性。     

三维陆架海模式在渤海中的应用Ⅰ.潮流、风生环流及其相互作用

本文用三维陆架海模式(HAMSOM)对渤海的潮汐、潮流和风生环流进行了研究.潮波模拟结果较好,给出了主要分潮的潮位等振幅线和同潮时线、潮汐性质、潮流等振幅线和同潮时线、潮流椭圆、潮流性质和潮余流.指出在辽东半岛外海(老铁山水道北侧),存在一对潮生的气旋和反气旋的岬角旋涡对.渤海的风生环流具有显着的三维结构:中上层为基本沿风向的流动,而在水深较大处的中下层有明显的补偿流;风与潮的相互作用在渤海是显着的,表现为实际的风生环流在弱潮余流区域比单纯的风生环流要弱得多.     

渤、黄、东海内潮的数值模拟

在全球的海洋中,中国东海和临近海域是最显著的内潮生成地之一。本文采用NODC(Levitus) World Ocean Atlas 1998提供的季平均温、盐资料,计算海水的密度,并计算垂向密度梯度的最大值点,得到一个较符合海水实际的密度分层。使用三维非线性数值模型(将海洋分为2层)研究了潮汐(M2,S2,K1,O1分潮)作用下渤黄东海的内潮,揭示了整个海区内潮起伏的空间分布,结果发现大振幅的波动均发生在台湾东北(冲绳海槽)海域和中国近海地形突变之处,其中前者更显著。对于各分潮模拟得到的表面潮与TOPEX/Poseidon高度计资料基本一致。研究结果表明上层海水的深度和厚度的梯度对内潮有一定的影响;冬季分布区域比夏季小,强度比夏季大。     

基于潮汐逆模型技术对渤黄海正压M_2分潮开边界条件的优化研究:Ⅱ.潮汐特征、潮汐动力学及潮余流

基于该系列文章前文建立的高分辨率数据同化模型系统,研究渤、黄海的M_2分潮的潮汐特征、潮混合、潮余流、潮能及其扩散、潮动量平衡。对同潮图结果的分析表明,渤、黄海内共存在4个无潮点,研究区域内M_2分潮振幅的最大值出现在朝鲜半岛西侧。潮流椭圆的分析结果表明,在35°N附近区域潮流椭圆的旋转方向有着比较突然的改变。朝鲜半岛西侧区域潮流的振幅较大,并且由于该区域地形复杂多变导致朝鲜半岛西侧海域存在着比较强烈的潮混合与潮耗散。对M_2分潮动量分析的结果表明,地形等因素在近海潮汐动力学过程中发挥着比较重要的作用。在渤、黄海内大部分区域,主要的动量平衡基本上介于压强梯度力、局地变化项以及科氏力之间,底应力和对流项都可以忽略不计。但是,线性模型对近海尤其是上述强耗散区内潮波活动的模拟还是存在着缺陷和不足。     

基于数值模拟的强潮海湾潮汐预报模型精度分析：以三门湾为例

全球潮汐预报模型在深水大洋具有较高的精度, 但在近岸强潮海区由于地形岸线、模型分辨率等原因精度不一, 难以直接应用。三门湾海域多年平均潮差4 m, 最大潮差可达7 m,是典型的强潮海湾, 为了评估TPXO9.0、TPXO9.0-atlas TOPEX/POSEIDON TIDES）、NAO.99b（National Astronomical Observatory of Japan）与GTM（Global Tide Model） 4 种预报模型在三门湾海域的预报精度, 本文分别通过上述4 个潮汐预报模型提取水动力数学模型开边界进行对比,并利用提取的开边界潮位对二维水动力模型进行驱动。通过计算分析潮位站实测数据与数值模拟结果的误差, 研究4 种预报模型模拟的三门湾潮汐变化得出, NAO.99b 模型在三门湾海域整体预报精度最佳, 分潮振幅、迟角和实测数据误差最小, TPXO9.0-atlas 分潮振幅模拟较好, 但迟角误差较大。对湾内四大分潮进行潮汐调和分析发现, 三门湾海域以半日潮为主, M2、S2 和K1分潮振幅由湾顶向湾口递减, O1分潮相反。     

西南黄海M2分潮的数值模拟

本文采用普林斯顿大学海洋模式(POM)结合中国海军司令部发布的海图地形资料, 对西南黄海M2分潮进行了三维数值模拟。利用近岸4个验潮站水位资料和一组2008年夏季鲁南海槽中30m水深处潜标测流资料, 对模拟的潮汐和潮流结果进行了对比。模式模拟的M2分潮振幅与青岛、石臼所和吕泗这三个验潮站的实测资料符合良好; 但与连云港验潮站的实测振幅相比, 模拟振幅明显偏小, 推断主要原因是连云港港口实际水深值与海图地形中的水深值相差较大, 造成模拟结果的偏差。模拟的潮流结果与潜标测流资料在上层和中层较接近, 模拟的近底层潮流结构与实测资料相比存在较大偏差, 推断是由于模式的垂直混合系数误差造成的。使用该模式研究了西南黄海M2分潮对模式地形的敏感性, 发现采用海图地形数据和ETOPO5地形数据所模拟的西南黄海潮汐和潮流有显著不同。使用较平滑的ETOPO5地形数据所模拟的结果中, 西南黄海近岸海区M2分潮振幅偏小、相位偏大、潮流偏弱。研究表明, 鲁南海槽的存在增大了海州湾的潮汐振幅, 苏北浅滩对向南传播的潮波起到了阻挡作用。以上两个西南黄海近岸海区地形的重要特征在ETOPO5地形数据中没有被体现出来, 因此造成模拟误差。     

粤东甲子附近海域潮流特征研究

针对2012-04—07甲子以东海域3个站的潮位和海流连续观测资料,采用潮汐和潮流调和分析、海流旋转功率谱等方法,研究了它们的潮汐和各层潮流的分布特征,探讨了这些特征形成的原因。结果表明:1)甲子港及其以东40km海域典型日潮的形成是由于M2分潮的无潮点的存在和潮能在甲子外海的辐散两种原因引起的;2)日潮海域的潮流则是正规半日潮流的性质;3)研究海域的潮波较为复杂,驻波性质不明显,前进波性质较为突出;4)通过类比黄河口M2分潮的无潮点,认为该海区存在一个退化到岸上的M2无潮点是可能的。     

长江口、杭州湾及其邻近海区Lagrange环流的数值模拟研究Ⅰ——正压环流

将长江口、杭州湾及其邻近海域作为研究整体,建立该海区的三维Lagrange正压环流的分阶数值模式,综合考虑径流、东中国海背景环流、风应力和M2,S2,O1,K1 4大天文分潮的综合作用,运用"流速分解法"将环流分为正压梯度流、风生流、潮致余流及零阶环流的非线性耦合流等4个分量,模拟了冬夏两季长江口、杭州湾及其邻近海区的Lagrange正压环流结构.结果表明,零阶环流受东中国海背景环流控制;潮致余流是该海区一个重要分量;杭州湾内正压环流主要由风生流和潮致余流控制.     

大小潮作用对潮滩沉积物层理影响的数值模拟研究

潮滩垂向沉积韵律层的形成主要取决于周期性的潮汐条件,包括涨落潮、大小潮、季节性及更长时间尺度的潮汐特征,为探究大小潮周期对潮滩沉积物垂向层理形成机制的影响,应用一维潮流泥沙与底床分层数学模型,对周期性潮汐条件作用下潮滩垂向沉积韵律层形成机制进行了数值模拟研究。结果表明,大小潮的周期性是模型中沉积层理表现韵律性的主要原因之一,韵律层中单个层理结构对应于1个大小潮周期过程,层理结构由形成于小潮期间的泥质层及形成于大潮期间的砂质层组成,层理的厚度也呈旋回性变化,大潮时层理较厚而小潮时层理较薄。水体边界含沙量是影响潮汐层理结构的重要因子,边界含沙量中粉砂占比增大会使潮汐韵律层整体粗化且砂质层厚度增大,当边界含沙量整体显著增大时,潮滩上的垂向潮汐韵律层会更加完整且厚度明显增大。潮汐层理的形成与特征是多种因子共同作用的结果,后续需进一步探究包括波浪、风暴潮、潮滩生物等其他因子的作用。     

北部湾潮波的数值模拟试验

北部湾是南海的一个主要海湾,湾内潮汐和潮流都以全日潮为主,是世界上典型的全日潮海区。为了摸清北部湾潮波的变化规律,我们于1983年对北部湾进行了初步的数值计算试验。但应当指出的是,我们在该项计算试验中,忽略了惯性(加速度)项的影响,并且将底摩擦也进行了线性化。实际上,北部湾平均水深约45m,其中大部分海区的水深为25m,而湾内日分潮的振幅大者可达1m。这也就是说,潮波运动方程中的惯性(加速度)项与局部加速度项一般只差一个量级,而在湾顶部分浅水海区,两者