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。     

江苏辐射沙洲水道垂线平均余流的计算与分析

根据辐射沙洲邻近主水道和中心沙洲滩面水道33个站次的准同步实测潮流资料, 计算了各站位垂线平均欧拉余流、斯托克斯余流、拉格朗日余流, 并分别进行了逐站位的分析和比较.各站位斯托克斯余流相对较小, 在水道口门处斯托克斯余流较大, 余流流向大都沿涨潮流向, 豆腐渣腰门水道及其以东站位的斯托克斯余流则大致沿落潮流向.欧拉余流和拉格朗日余流大小和流向基本一致.研究海域存在着半封闭的顺时针方向的海水净输移.西洋水道和条鱼港水道是辐射沙洲中心腹地的净进水通道, 而豆腐渣腰门水道、陈家坞槽水道、外王家槽水道、苦水洋海域水道则是净出水通道.     

北黄海北部海域潮余流的模拟研究

基于二维水动力模型,在仅考虑潮流作用条件下,通过计算欧拉余流和拉格朗日余流并结合粒子追踪方法研究了辽宁大连—朝鲜龙渊郡连线北侧的北黄海北部海域的潮余流结构和粒子运移的趋势。结果表明:欧拉余流和拉格朗日余流流速整体较小,呈现由南向北的流向,但在獐子岛及长山群岛的附近岛屿和朝鲜半岛沿岸的海域欧拉余流和拉格朗日余流流速较大。对比粒子追踪计算的结果与欧拉余流和拉格朗日余流的结果表明,流向与粒子运移路径基本一致。该海湾的余流及粒子运动规律特点对辽东半岛东岸及朝鲜半岛西侧海域的排污及污染控制有重要的借鉴意义。     

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。     

浙闽沿岸潮余流的空间变化

利用非结构网格海洋环流模式(FVCOM),研究了浙闽沿岸潮余流的空间变化及其生成机制。结果表明,浙闽沿岸的潮余流具有明显的水平二维特征。根据潮余流的流速和方向,浙闽沿岸的潮余流可分为3个区域,自东北向西南,依次为区域I、区域II和区域III。区域I和区域III的潮余流较强,前者流速为0.6~2.5 cm/s,方向沿等深线指向西南;后者流速为0.5~1.5 cm/s,方向沿等深线指向东北。区域II的潮余流较弱,均小于0.6 cm/s,方向自岸向海逆时针旋转,离岸较近区域方向指向西南,离岸较远区域方向指向东北。结合浙闽沿岸的潮余流和海底地形进行分析,发现潮余流与地形β效应ddx1H成正比,这与前人研究获得的海底地形对潮流的整流机制相符合,表明浙闽沿岸海域陡峭的海底地形对潮流有明显的整流作用。     

福建东山湾潮流和余流特征研究

东山湾位于台湾海峡南口的西岸,属于潮控型半封闭海湾.本文章通过对M1站1周年的流速、流向及对应的风速、风向资料进行分析,结果表明:M1站正压流动特征显著,潮流日不等现象较明显,相邻潮次中涨急流速明显小于落急流速.观测期间,M1表、中、底3层实测最大涨潮流速分别为83,78,71 cm/s,实测最大落潮流速分别为152,104,100 cm/s.夏季表层余流流速明显大于中层和底层,冬季各层余流速相差则较小.径流是M1站的余流的主要因子.夏季,径流对表层作用最为明显,其余流流速明显大于中层和底层,中、底层由于受温盐跃层产生的斜压效应作用,出现较长时段的北向余流;冬季东山湾平面和垂向温、盐分布均匀,各层余流流向均为落潮方向,且表层往底层方向,流速变幅不大.由于其半封闭型的海湾形态,风应力对东山湾的余流贡献较小.     

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。     

冬季舟山外海定点实测海流资料分析

利用2009 年12 月6 日至2010 年1 月5 日在舟山海域获取的东海海域海床基定点（122.998毅E,30.013毅N） 海流调 查资料,应用调和分析与低通滤波方法,将海流分解为周期性的潮流分量与余流分量。对潮流的分布特征进行了分析,并构 建了一个更加符合物理规律的局地坐标系,基于此坐标系着重分析了该海域余流的时间变化趋势和空间结构特征。分析结果 表明,该站位垂向各层的潮流类型均为正规半日潮流,M2、S2分潮潮流椭圆长轴基本上呈南-北走向,各层表现出一定的旋 转流特点,往复流特征并不显著。K1、O1分潮潮流椭圆主轴基本呈西北-东南走向,往复流特征显著。该站点的定常余流表 现出明显的“上进下出”垂向空间结构。上层流速方向与中下层基本反向,明显呈现出两个不同流系的特征。统计结果显 示,余流主轴呈西南-东北走向,大致与等深线走向一致。对逐时余流分析表明,该站点近表层余流以西南向为主,中下层 水域则以东北向流动为主,应处于浙闽沿岸流与台湾暖流的交汇地带,西南向余流与浙闽沿岸流对应,而东北向余流则与台 湾暖流对应。风对沿主轴方向余流的影响比垂直于主轴的余流显著。     

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。     

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。     

北仑河口潮流和余流特征分析

北仑河口水动力状况复杂,受入海径流、潮汐、波浪、沿岸流、风应力等多种因子的共同影响.对北仑河口S1、S2站长序列的海流剖面资料进行数学统计、潮流调和分析和数字滤波,探讨其潮流特征和余流形成机制.分析结果表明:北仑河口潮流性质主要为不规则全日潮流;观测期间S1站实测涨、落潮最大流速分别为39、83 cm/s,S2站分别为52、44 cm/s.研究海域余流流速从表层往底层逐渐减小,其中S1站余流流速主要介于5～10 cm/s之间,流向集中在S-SW向,S2站主要介于0～5 cm/s之间,表、中层以NNE-ENE向为主,底层以偏W向为主.风应力是调查区表层与近表层余流形成的主导因素;西向沿岸流对调查区的余流也有较明显的作用;径流对调查区的S1站有一定的影响,但对S2站影响很小;潮致余流对调查区的余流贡献较小.     

基于高频地波雷达资料的海南中东部近海表层海流特征

利用海南中东部近海海域高频地波雷达观测得到的2019年4月—2020年3月表层海流资料进行潮流调和分析和余流分析。结果表明: 海南中东部近海海域以不规则半日潮流为主, 半日分潮M₂和S₂以往复流为主, 全日分潮O₁、K₁以顺时针旋转流为主, M₂、S₂、O₁、K₁分潮最大潮流流速的比为1 : 0.51 : 0.60 : 0.65, M₂为最主要分潮。最大可能潮流流速分布从西南方向向东北方向逐步增大, 最大值为35cm·s^-1。余流受东亚季风影响较大, 季节变化特征显著, 呈夏季形态(6月—8月)、冬季形态(9月—次年2月)和过渡形态(3月—5月)。夏季形态流向东北, 平均流速29cm·s^-1; 冬季形态持续时间最长, 流向西南, 平均流速36cm·s^-1, 大于夏季形态; 过渡形态为冬季形态向夏季形态的转变期, 流向分布较复杂, 平均流速13cm·s^-1, 明显小于夏季和冬季形态。从全年来看, 西南向流动的时间最长、流速最大, 海南中东部表层海水物质输运自东北向西南。     

浙南近岸海流季节变化特征

为了揭示浙南海流特征及其季节和垂向变化规律,于2006—2007年在浙南岸外一固定点(平均水深约32m)利用ADP潜标进行了春、夏、秋、冬季4次多个潮周期分层海流流速流向观测。结果表明:(1)测点最大流速为148.9cm/s,相应流向为75°,出现在春季表层大潮落潮阶段;垂向平均最大流速为106.2cm/s,平均流向为81°,出现在夏季大潮落潮落急阶段。(2)剖面各层流速垂向差异明显,表层流速(28m层以上)受海况影响明显,秋季平均流速最大(65.4cm/s),冬季最小(42.8cm/s),20~28m层冬季最强,春季最弱,20m层以下夏季最强,秋季最弱(仅小潮);垂线平均流速夏季最强(46.5cm/s),春季最小(33.7cm/s)。(3)夏季海流基本上为(偏)北向流;秋、冬则基本上为(偏)南向流;春季具往复流特点,但以北向流为主。(4)垂向上夏季和春季流向较一致,冬季和秋季流向分异明显(20m和10m层)。(5)垂线平均余流为12.8~29.8cm/s,夏季最强春季最弱;夏季和春季各层余流均为东北向,冬季为西南向,而秋季11m层(包括11m层)以下为E-NEE向,11m层以上为西南向。结论:测点海流受到潮汐、季风和台湾暖流的共同制约。季风的影响夏、冬两季大于春、秋两季;季风的影响自表层向底层减弱(主要限于表层以下10m)。     

东中国海潮余流自适应数值模拟

以自适应数值模型首次计算整个东中国海三维 M2 分潮潮致 Euler余流、Stokes漂流和L agrange余流 ,并分析各海区 L agrange余流的特征。渤海 M2 分潮致 L agrange余流在整个海域基本形成一个大的逆时针环流系统 ;辽东湾有一个逆时针流环。在黄海 ,潮致余流也是黄海环流的重要组成部分。在东海的东北部 ,潮致余流有强化对马暖流的作用 ;在台湾北部海域 ,潮余流对台湾暖流有强化作用。在近海海域 ,由于复杂地形的作用 ,潮流非线性作用加强 ,潮余流的量值有较明显的增加。计算结果表明 :在浅水区域 ,Stokes漂流较大 ,Euler余流与 Lagrange余流差别显著     

台湾海峡西侧海湾-岛屿系统影响下的流场年季变化——以南日水道为例

台湾海峡地理位置独特,西侧海域海湾 岛屿系统普遍发育,显著影响了海域流场分布。同时,海峡西岸经济区的快速发展对区域海洋动力环境背景场及其变化的精细认识提出了更高的要求。福建莆田南日岛西侧南日水道是连通兴化湾与平海湾的主要水道,是区域海洋动力环境的“咽喉”所在,在区域海洋环境保护与科学开发利用中居于至关重要的位置。为了全面认识台湾海峡西侧海湾 岛屿系统影响下区域海洋动力环境背景场的年季变化,本研究利用布放在南日水道的座底观测系统获得的周年海流资料,结合同期气象风场资料,通过数据统计分析、调和分析、滤波处理和小波变化等手段,研究了南日水道内海流的季节变化规律和驱动余流的动力要素,初步探讨了热带气旋等对海洋动力演化过程的影响。研究结果表明,研究海域潮流为不正规半日浅海潮流,并具有明显的半月周期,涨潮流大于落潮流,涨潮流主方向为 WNW 向,落潮流主方向为 SE—ESE向。旋转谱结果表明,研究海域以半日潮为主,逆时针能量强于顺时针,惯性周期无明显的谱峰。潮流强度的季节变化特征为冬季最强,秋季、春季次之,夏季最弱。夏、秋季的余流流速较其他季节明显偏大,表层余流有明显的季节特征,底层余流全年为北向流。观测点余流主要由风引起,二者有很好的相关性,但频率统计结果显示二者方向不一致,表明余流在地形的作用下发生了转向,其中潮致余流对表层余流贡献较小。小波能量图表明,双台风（热带气旋）期间风和余流均存在1 d及6 d左右的周期信号,二者密切相关。本研究成果对于区域海洋环保以及海域科学开发与应用具有重要的现实意义。     

Vertical structure and seasonal variation of tidal and residual currents in the northern Huanghai Sea

Analysis of tidal current and sea level has been made based on the observations from the summer of 2006 to the winter of 2007,respectively.The result indicates that a two-layer structure of residual current exists in summer,with its upper layer going northwestward and the lower layer southeastward.In addition,some strong residuals exist in the neighboring depth of the pycnocline during the current period of astronomical tide.In winter,except some individual layersthe residual currents mostly direct to the northwest,from which we can see the fluctuation of abnormal sea-level and the appearance of associated current because of the changes of the wind field.The analysis of tidal ellipse indicates that the direction of the maximum semidiurnal component is clockwise from summer to winter,with an angle of 16-18.Moreover,in summer the semidiurnal component rotates with depth clockwise while the diurnal component counterclockwise.However,the vertical structure is almost homogeneous in winter.     

广东红海湾海流季节性特征分析

基于2017年春季和冬季的海流资料分析了红海湾海区海流特征、潮流状况、涨落潮流特性、余流特征及表层漂流特征。研究海域共布设3个临时潮位观测站和11个全潮水文观测站。根据流速、流向过程曲线和潮位过程曲线的关系，得出涨(落)潮流速最大的时刻和最小流速发生时刻与潮位关系并非固定在高(低)潮时或半潮面左右，由此看出，研究海域的潮波介于驻波与前进波之间，属于不规则半日潮流主导的海域。研究海域中大部分站位潮流属于往复流，少数站位潮流运动具有一定的旋转性，平均涨潮流速最大为7 cm/s，平均退潮流速最大为14 cm/s。春季大潮期和中潮期各站余流流向整体为偏东向，小潮期，除少数测站余流流向偏向南东向，其余测站余流流向偏西向；冬季大潮期和中潮期各站余流流向整体为偏西向，小潮期，湾西侧余流流向偏西向，湾东侧余流流向偏南东向。垂向上各层余流流速由表至底逐渐减小，流向基本一致。     

围填海对伶仃洋水流动力的短期影响模拟研究

利用已经过验证的高分辨率三维海洋动力模型FVCOM,根据1984—2014年内伶仃洋的围填海变化情况,结合情景模拟案例,研究分析围填海对伶仃洋水流动力的影响,探究截流式和顺流式围填海对伶仃洋不同季节的水平余流场、垂向环流结构以及潮汐变化过程的影响。研究结果表明,围填海对伶仃洋的余流流向没有明显影响,但对余流速有较大的影响。在水平方向上,截流式围填海使得周边海域的余流速明显增大,增幅在0.02～0.25 m/s不等,其中口门区域受到的影响最大;相较于底层流场,表层流场受围填海的影响相对更大,围填海以南的较远海域在表层出现一条强度逐渐减弱的流速减小带,减幅在0.02～0.15 m/s不等,且影响范围与流场的分布密切相关,在夏季向南延伸,在冬季向西南延伸。顺流式围填海的影响则主要分布在伶仃洋两侧沿岸,并且不同季节的影响特点有一定区别,在夏季使得内伶仃洋东岸海域流速增大,但在冬季使其流速减小,变化幅度均在0.02 m/s以上。在垂直方向上,围填海使口门区域余流的纵向流速梯度增加,并且改变了伶仃洋余流的垂向分布情况,总体表现为远离围填海的海域表、底层余流的流速减小,中上层余流的流速增大;与此同时,围填海大幅度改变了周边海域的横向流速,并且在伶仃水道、矾石水道等区域产生了新的横向环流。围填海使得河口至围填海的余水位明显上升,使得伶仃洋海域的余水位下降,余水位梯度的增大是围填海周边余流速增大的主要原因。另外,围填海影响了伶仃洋的潮汐变化过程。在大潮期间,围填海改变了伶仃洋海域涨落潮时的潮流流速,使得周边海域落急流速增加,较远海域落急流速减小,而涨急流速都减小;同时,围填海使得海域涨落潮时的潮位受到一定影响。围填海最终使得伶仃洋的潮汐相位提前了20～35 min。     

珠江磨刀门河口径潮动力耦合条件下余水位的多时空尺度分析

本文通过构建径潮动力耦合条件下潮波传播的一维水动力解析模型，从理论机制上探讨珠江磨刀门河口径潮动力非线性作用下余水位的多时空尺度变化。结果表明:余水位变化呈现明显的大小潮和洪枯季变化，枯季余水位大小潮的变化幅度介于0~0.4 m，而洪季余水位与上游径流紧密相关，增幅大枯季一个量级（介于0~6 m）；解析模型可分离控制余水位变化的3个主要因素，即径流、潮流和径潮相互作用因子，计算结果表明河口不同区段余水位的主控因素有明显的洪枯季变化，上游段，枯季余水位受径潮相互作用因子控制，洪季受径流因子控制；枯季下游段余水位受潮流控制，而洪季余水位主要受径潮相互作用因子控制。