珠江口及邻近海域潮波数值模拟——Ⅰ模型的建立和分析

采用无结构网格三维有限体积海洋模式FVCOM,基于高精度的水深和岸线资料,建立了覆盖珠江口及邻近海域的三维正压高分辨率数值模型。和验潮站实测资料以及前人研究的对比验证表明,该模型能较准确地再现珠江口及邻近海域的潮汐、潮流变化过程。研究发现,珠江口海域潮汐为不正规半日潮,潮型数大致介于1.1~1.3之间,M2分潮占主导地位。M2,S2,K1和O14个主要分潮向河口内传播时,等振幅线均偏西北-东南向,西侧振幅小于东侧,河口附近等位相线比陆架海域密,西侧相较于东侧更密。从湾口传播到湾顶,半日分潮历时约2h,全日分潮历时约1.3h。潮流呈东强西弱,且落急流速大于涨急流速,河口内潮流流速是陆架海域的1~2倍,最大可达到1m/s;在陆架海域半日分潮旋转潮流强于全日分潮,在珠江口内主要为西北-东南方向往复流,航道区潮流最大。欧拉余流在河口内航道区形成南向流,在河口西侧浅滩处形成北向流,出现了余环流结构。此外,在航道区和深圳湾等区域形成较强余流涡旋结构。外海传入潮流能通量自南向北在珠江口内汇聚,在航道区呈现高值区,最大可达10KW/m。     

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。     

江苏海岸中部近岸冬季潮汐和潮流特征

南黄海西侧的江苏海岸近岸区域,素以地形复杂、潮流强劲、悬沙输运剧烈著称,但是较长期的同步潮位和潮流观测数据仍然缺乏,尤其是在近岸(20 km)浅水(20 m)区域。2014年1月在大丰港附近开展了连续潮位和潮流观测,获得的数据揭示了一系列特征。此地潮汐潮流为正规半日潮,浅水分潮显著。平均潮差为3.05 m,最显著的两个分潮为M2和S2分潮,振幅分别为1.45 m和0.52 m。潮流最显著的半日分潮M2分潮和最显著的浅水分潮M4分潮在沿岸方向上振幅分别为0.84m/s和0.12m/s,在跨岸方向上振幅分别为0.24 m/s和0.01 m/s,沿岸方向占绝对优势。潮波的沿岸传播介于前进波和驻波之间,驻波的特征稍强。M2分潮潮流椭圆最大流(长轴)方向为南偏东7.4°。存在冬季沿岸向北的余流,垂向平均值的大小为2.2 cm/s。以上潮汐潮流特征为该区域海洋物质输运研究提供了基础资料。     

湛江近海M2分潮的数值模拟

利用潮汐模型,在高分辨率的自适应曲线网格下,采用潮汐调和常数作为控制模拟精度的方法,模拟了洪江附近海域M2分潮的运动特征。模拟所得的潮汐调和常数同实测值相比,误差较小。根据模拟结果绘制的M2分潮的同潮图,揭示了湛江附近海域M2分潮振幅和迟角的分布特征以及M2分潮的传播和发展规律。模拟得到的M2分潮分别在涨憩、落憩、涨急和落急几个典型时刻的流场,揭示了湛江附近海域M2分潮潮流的分布特征及其运动规律。     

正规半日潮海域潮汐不对称性及量化

潮汐变形是近岸潮汐的一个基本特征,潮汐不对称的判断及量化是一个重要的研究内容。传统的判别方法是通过M2分潮与其倍潮(M4、M6等)以及分潮K1、O1和M2等的相对振幅和相对相位实现。这些方法主要基于满足特定关系的分潮组的调和常数计算,不易应用于研究潮汐不对称在不同时间尺度的变化。针对正规半日潮海域,通过对潮汐不对称的分解,对潮汐不对称在一个涨落潮过程中的产生及量化进行了探讨。研究认为,近岸潮汐一个涨落过程的历时随潮汐过程变化,在一个涨落潮过程中,近岸的潮汐不对称不仅来自于M2分潮及其倍潮或K1、O1和M2等满足一定频率关系的分潮波组合,M2分潮与任何分潮叠加均可能导致涨落潮过程的不对称及其类型的潮间转换。潮汐不对称的大小与所选分潮与M2分潮的相位、振幅之间的关系密切。给出的潮汐不对称分解方法在正规半日潮海域具有一定的适用性,能够将不同分潮对潮汐不对称的贡献进行分离。但对于相对振幅大于1/2的分潮,此分解方法尚需进一步研究。     

丁字湾近岸海域潮汐、潮流和余流特征研究

利用丁字湾近岸海域2021年的最新观测资料,研究了潮汐、潮流和余流的基本特征和变化规律。得出如下结论：潮汐为正规半日潮,最大潮差405 cm,最小潮差69 cm,平均潮差248 cm,涨潮历时小于落潮历时。潮流为规则半日浅海潮流,最大涨潮流流速为67 cm/s,最大落潮流流速为72 cm/s。涨潮流历时小于落潮流历时。垂向来看,表层流速最大,中层次之,底层最小。海流的旋转谱分析的结果显示M₂分潮的谱峰值最高,运动形式为逆时针旋转流。余流,整体余流流速小于10 cm/s,表层余流最大,中层次之,底层最小。观测期间,长周期的风向和余流流向相反,因此风不是余流的控制因素。     

黄河口海域潮汐、潮流、余流、切变锋数值模拟（英文）

采用有限体积三维近岸海洋模型,建立无结构三角形网格,对当今地形下的黄河口海域进行高分辨率数值模拟,在成功模拟渤海潮汐潮流的情况下,重点研究了黄河口海域。当前黄河口附近海域潮汐为不规则半日潮,潮流为往复流,方向近似平行于岸界,潮致欧拉余流在岬角两侧存在成对的涡旋,涡旋的方向为南顺北逆,黄河径流对此涡旋有加强的作用。由于地形等复杂因素的影响,河口海域附近在涨落潮转换过程中存在内涨外落型和内落外涨型切变锋,其首先出现在浅水区域,然后向深水区域传播,1~2 h后消失,它的产生是由于近岸海域潮汐相位领先于外海海域潮汐相位。     

黄河口海域潮汐、潮流、余流、切变锋数值模拟

采用有限体积三维近岸海洋模型,建立无结构三角形网格,对当今地形下的黄河口海域进行高分辨率数值模拟,在成功模拟渤海潮汐潮流的情况下,重点研究了黄河口海域。当前黄河口附近海域潮汐为不规则半日潮,潮流为往复流,方向近似平行于岸界,潮致欧拉余流在岬角两侧存在成对的涡旋,涡旋的方向为南顺北逆,黄河径流对此涡旋有加强的作用。由于地形等复杂因素的影响,河口海域附近在涨落潮转换过程中存在内涨外落型和内落外涨型切变锋,其首先出现在浅水区域,然后向深水区域传播,1~2 h后消失,它的产生是由于近岸海域潮汐相位领先于外海海域潮汐相位。     

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。     

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．     

辽河口岸线变化对潮不对称影响的研究

受河口地形等因素的影响,潮汐潮流会出现涨落潮不对称现象,这种不对称对河口物质输运过程具有重要的影响.本研究采用流通量偏度和水位不对称度的统计方法研究辽河口岸线变化对潮波变形的影响.结果表明,辽河口潮汐潮流不对称性表现为涨潮主导型,岸线变化导致涨潮历时延长,落潮历时减小,不对称度缩减了0.007~0.071;岸线变化导致涨潮流速减小,落潮流速增大,流通量偏度缩减了0.000~0.248,岸线变化对潮流不对称的影响程度比对潮汐影响的程度大.     

长江河口北支上口不规则周期潮流的动力机制

数值模拟和动量分析长江河口北支上口枯季大潮期间 1 d内出现"四涨四落"不规则周期涨落潮流现象。长江河口北支上口 1日内两次涨潮流和两次落潮流为常规涨落潮流,受外海半日潮流控制,两次涨潮流和落潮流为非常规涨落潮流。北支上口非常规的涨潮流处于南支落潮的末期,范围小,流速弱,历时约2 h;表层主要是垂向黏滞项和水平扩散项与正压项间的作用,南向的垂向黏滞项起着决定的作用,底层则是斜压项与正压项间的作用;北支上口非常规涨潮流是北风、盐度锋面产生的南向斜压压强梯度力和南支末期落潮流的牵引作用共同造成的;径流抑制非常规涨潮流的产生,持续时间随径流量的增加呈指数递减,当径流量达到22 300 m3/s时,非常规涨潮流现象消失。北支上口非常规落潮流处于南支涨潮流的初期,由于在北支上口南支的涨潮流早于北支涨潮流,导致南支水体进入北支,形成北支上口第二次落潮流,范围较大,流速较强,历时约2.5 h,从表层至底层主要是垂向黏滞项与非线性平流项和正压项之间的作用。本文揭示了北支上口 1 d内出现"四涨四落"不规则周期涨落潮流的动力过程和机制。     

A study of non-linear tidal propagation in shallow inlet/estuarine systems Part II: Theory

The generation of tidal asymmetries is clarified via numerical integration of the one-dimensional equations for channel geometries characteristic of shallow estuaries. Channels without tidal flats develop a time asymmetry characterized by a longer falling than rising tide. This behavior is enhanced by strong friction and large channel cross-sectional area variability over a tidal cycle. Resulting tidal currents have a shorter, intense flood and a longer, weak ebb (flood-dominant). Addition of tidal flats to the channels can produce a longer rising tide and stronger ebb currents (ebb-dominant), if the area of tidal flats is large enough to overcome the effects of time-variable channel geometry. Weaker friction with flats can also produce this asymmetry.Despite the physical complexity of these systems, essential features of estuarine tidal response can be recovered from one-dimensional models. Shallow estuaries are shown to have a system response leading to stable, uniform senses of tidal asymmetry (either flood- or ebb-dominated, due to phase-locking of forced tidal constituents), with down-channel development in magnitude of asymmetry. These concepts are illustrated by modeling idealized representations of tidal channels at Nauset Inlet, MA, and Wachapreague Inlet, VA, which have flood- and ebb-dominance, respectively.     

Residual and tidal circulation revealed by VHF radar surface current measurements in the southern Channel Isles region (English Channel)

Two very high-frequency radars (VHFRs), operating in the southern Channel Isles region (English Channel) in February–March 2003, provided a continuous 27-day long dataset of surface currents at 2 km resolution over an area extending approximately 20 km offshore. The tidal range in the region of study is one of the highest in the world and the coastal circulation is completely dominated by tides. The radar data resolve two modes which account for 97% of the variability of the surface current velocities, with the major contribution of the first mode. This mode accounts for oscillating tidal currents whereas the second mode represents motions emerging from the interaction of tidal currents with capes and islands (eddy in the vicinity of the Point of Grouin and jet south of Chausey). A fortnightly modulation of the modal amplitudes causes the exceptional (more than 600%) variability of currents which is well captured by the VHFR observations. The radar data revealed that tidal circulation in the region is flood-dominated with a strong asymmetry of current velocity curve. Wind events and fortnightly variability affect the course of tidal cycle by modifying the magnitude and duration of ebb and flood. In addition to expected features of coastal circulation (tidally dominated flow, eddies) and high wind-current coupling, the residual currents revealed a strong cross-shore structure in the mean and a significant variability which has the same order of magnitude.     

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。     

Waves and Currents in Tide-Dominated Location Off Dahej,Gulf of Khambhat,India

Based on measurements of waves, currents, and tides off Dahej in the Gulf of Khambhat, hydrodynamics are studied. Estimated tidal constituents show that primary lunar semi-diurnal constituent M2 was the strongest constituent, and the amplitude was found to be around 4.5 times stronger than that of the major diurnal constituent K1. Currents were predominantly tide induced with speeds up to 3.3 m/s and were north-northwest during flood tide and south-southeast during ebb tide. Residual cross-shore and along-shore current was found to be varying with the corresponding change in the cross-shore and along-shore wind speed. Influence of tidal current was observed in most of the wave statistical parameters.     

Movement patterns and trajectories of ovigerous blue crabs Callinectes sapidus during the spawning migration

Female blue crabs (Callinectes sapidus Rathbun) migrate from low salinity estuarine regions to high salinity regions near the ocean to release larvae. During this migration, ovigerous females use ebb-tide transport, a vertical migratory behavior in which they ascend into the water column during ebb tides, to move seaward to larval release areas. In order to determine the relationship of ebb-tide vertical migrations to local currents and the influence of these vertical migrations on the horizontal transport of blue crabs in the estuary, ovigerous females with mature embryos (1–3 days from hatching) were tracked near Beaufort Inlet, North Carolina (USA), in July and August 2001 and 2002. Crabs were tagged and tracked using ultrasonic telemetry, and currents near the crabs were measured simultaneously with a shipboard acoustic Doppler current profiler.During the two seasons, eight crabs were successfully tracked for periods ranging from 3.9–37.0 h and for distances ranging from 1.9–10.6 km. All crabs migrated seaward during the tracking periods. Crabs moved episodically during all tidal phases with periods of movement on the order of minutes to an hour. They moved with local currents in terms of both speed and direction during ebb tides, consistent with ebb-tide transport, and moved down-estuary (seaward) in opposition to local currents during flood tides. The percentage of time that crabs were active was higher during night ebb tides than during day ebb tides or flood tides and increased with increasing ebb-tide current speed. Mean migratory speeds were 0.11, 0.04, 0.08 and 0.02 m s⁻¹ during night ebb, night flood, day ebb and day flood tides, respectively, and net migratory speeds were on the order of 5 km day⁻¹. Due to the episodic nature of the crabs' movements, the total distances that crabs traveled during ebb tides ranged from 10–40% of the distances that passive particles could have traveled under the same conditions.     

象山港潮滩坡度对潮动力影响的数值研究

象山港属于狭长型半封闭港湾，湾内分布有大面积潮滩。多年以来象山港内实施了大量海岸工程及养殖工程，湾内潮滩坡度发生了显著变化。基于非结构网格和有限体积数值模式（FVCOM）建立象山港三维潮动力模型，研究湾内不同区域潮滩坡度变化对象山港潮动力过程的影响机理。结果表明：潮滩坡度下降将增大湾内纳潮量，进而增大M2分潮振幅和迟角，反之则反。铁港潮滩坡度的减小（增大），将改变底部耗散项，进而增大（减小）M4分潮振幅。由于M2和M4分潮的振幅在湾顶较大，所以湾顶（铁港）潮滩坡度对象山港潮动力过程的影响明显大于侧岸（西沪港）。西沪港潮滩坡度对象山港潮动力过程的影响是局部的。铁港、西沪港潮滩坡度对湾内潮汐不对称、余流及潮能影响显著。铁港潮滩坡度的改变均会减弱湾内落潮占优程度。西沪港区域潮滩坡度的减小将减弱湾内落潮占优趋势，反之则反。铁港和西沪港潮滩坡度的减小，将增大余流大小及潮能密度，进而潮能耗散增大，反之则反。研究结果对河口海岸潮滩区域的工程建设及生态修复有重要参考价值。     

桐花树红树林潮滩近底层悬沙浓度垂向剖面变化特征分析*

观测红树林潮滩在波浪和潮流作用下的近底层垂向剖面悬沙浓度变化过程, 对理解海岸带植被的消能促淤机制和滨海湿地生态修复工程有着重要作用。本文以北部湾七星岛岛尾桐花树红树林潮滩为例, 基于剖面流速仪HR、声学多普勒单点流速仪ADV、浪潮仪T-wave及剖面浊度仪ASM, 获取了研究区域2019年夏季大潮连续3天的水文数据, 同时结合桐花树典型植株实测参数, 分析了潮周期内红树林潮滩近底层垂向剖面悬沙响应波浪、潮流作用及桐花树空间结构的运动过程。结果表明: 1) 桐花树潮滩近底层悬沙浓度和悬沙通量具有涨潮明显大于落潮的潮汐不对称现象, 剖面垂向高悬沙浓度区域在涨潮初期—涨急由距底部0.1~0.37m转变为距底部0.5~0.67m, 落急—落潮末期则由上部转变为下部; 2) 潮周期内悬沙起动和再悬浮阶段发生在以波浪作用主导的涨潮初期和落潮末期, 平流和沉降发生在以潮流作用为主的涨急至落急整个阶段; 3) 涨潮阶段桐花树冠层的茂密枝叶通过减缓流速拦截多于冠层上部40%以上的悬沙, 落潮水体则挟沙自陆向海经过桐花树群落, 使得悬沙浓度下降超过71%。该不对称涨、落潮动力沉积机制有利于悬沙向岸输运, 促进潮滩扩张过程。