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构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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

地形和层结变化对内潮生成影响的数值模拟研究

基于ROMS(Regional Ocean Modeling System)模式,设计了9组理想数值实验,研究了内潮的产生对地形和背景层结环境的敏感性。结果表明:高斯海脊两侧地形梯度较大的超临界坡面处是内潮的主要源区;地形和层结环境的变化对内潮生成有很大影响;如地形和层结保持不变,不同的网格水平分辨率和垂向层数条件下估算的内潮转换率存在差别;地形和跃层的相对空间关系对内潮生成及其引起的水体混合强度存在影响。高分辨率的地形和合适的背景层结是内潮模拟的关键。该结论对于内潮形成的数值模拟研究有一定参考价值。     

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.     

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.     

Extraction of Intemal Tidal Currents from A Portion of Sea Current Profile

Internal tide is one of the major oceanic phenomena. Determination of internal tide is important for theoretical study and for ocean engineering research. As an inverse problem, extraction of internal tidal currenls from sea currents is diffi-cult. In this paper, a method is developed to extract internal tidal currents from a portion of the sea current profile based on the fact that the directions of internal tidal currents above and below the thermocline are inverse. Sea current data col-lected from the South China Sea is processed with this method. The internal tidal currents and the depth of the thermocline are successfully extracted. The depth of the thermocline determined is in good agreement with that measured in 1959.     

海面风场对环台湾岛海域温跃层的影响

本文首先给出了环台湾岛海域的海表风场计算方法和海表风应力的参数化。在此基础上，把该研究海域分为四个区域，用对比的方法分析由POM模式所得到的数值结果，讨论了海表风应力对该海域不同类型温跃层的具体影响。主要结果如下：海表风应力是影响温跃层的动力因子，对季节性温跃层的深度和强度均有重大影响，但对大洋温跃层的影响不大；海面风场作用数值计算与实际风场误差不大，故可以用计算所得的风场来代表实际风场作实验对比分析；海表风应力较小时有利于温跃层的发展加强，风应力较大时温跃层将减弱消失。     

2013年南沙群岛海域温跃层的季节变化及形成机理

利用调查数据及遥感数据揭示了2013年南沙群岛海域温跃层的季节变化特征,温跃层上界深度平均值春、夏、冬季基本一致,介于45~47 m之间,秋季最大,达60 m;温跃层厚度平均值夏、秋、冬季基本一致,介于85~87 m之间,春季相对较小,为78 m。温跃层强度平均值春、夏、秋、冬季几乎一致,介于0.13~0.15℃/m之间。调查海域温跃层上界深度季节变化的形成机理为:春季西深东浅的原因是西部受净热通量较小、大风速、负的风应力旋度以及中南半岛东部外海的中尺度暖涡和反气旋环流共同作用,东部近岸海域净热通量高值、风速相对较小及风应力旋度引起的Ekman抽吸效应共同控制;夏季深度分布较均匀的原因是10°N以北风致涡动混合强但受Ekman抽吸影响,10°N以南风致涡动混合弱但风应力旋度为负值;秋季深度较其他季节平均加深15 m的原因是南沙群岛海域被暖涡占据,暖涡引起的反气旋式环流使得温跃层上界深度被海水辐聚下压;冬季正的风应力旋度产生的Ekman抽吸和冷涡引起的气旋式环流共同作用,使得温跃层上界深度较秋季平均抬升15 m。     

Extraction of Internal Tidal Currents from A Portion of Sea Current Profile

Internal tide is one of the major oceanic phenomena. Determination of internal tide is important for theoretical studyand for ocean engineering research. As an inverse problem, extraction of internal tidal currents from sea currents is diffi-cult. In this paper, a method is developed to extract internal tidal currents from a portion of the sea current profile basedon the fact that the directions of internal tidal currents above and below the thermocline are inverse. Sea current data col-lected from the South China Sea is processed with this method. The internal tidal currents and the depth of the thermo-cline are successfully extracted. The depth of the thermocline determined is in good agreement with that measured in 1959.     

Preliminary observations of the internal tide over the shelf west of New Zealand

Abstract

Semidiurnal variations in the depth of the thermocline observed near the shelf edge north‐west of Cape Egmont are probably caused bv an internal tide generated at around 200 m depth over the continental slope. The observations suggest that in this region an internal tide, with amplitude of about 20 m, propagates onto the shelf with a speed of approximately 0.5 m·s^?1 and a wavelength of about 22 km.     

Cross thermocline mixing effect due to tide in the shallow sea

Using the data specially observed on the Bohai Sea oil platform by the authors for studying thermocline for two weeks, the thermocline depth, the temperature and the salinity of the layers below and above the thermocline were numerically modelled. The model is based on the Stigebrandt model and some important supplements are made in this paper in accordance with the local condition of the sea. The modelling results fit well in the observations. It is proved that the entrainmem due to both the tide and the wind can give rise to rather intense mixing cross the thermocline. This process makes the temperature rising below the thermocline,and causes the nutrient increasing above it,which has important significance for the marine physical environment and the marine organism.     

与南沙深水区温跃层有关的海水平均温度的分布特征

在确定温跃层三要素 (深度 (上界深度 )、厚度和强度 )及测站温度垂直最大梯度的基础上 ,分别计算了南沙深水测站 (水深大于 1 0 0 0m)在温跃层上界深度层范围内的平均温度、在温跃层下界深度以下自 3 0 0m层至 80 0m层之间的平均温度。分析表明 ,在温跃层上界深度范围内 ,海水平均温度的水平分布明显显示出低温海水自南沙的西北部向东南部缓慢推进之势 ,似是东北季风驱动的结果。温度垂直梯度越大 ,它在垂直方向上阻碍上层海水的热量往深层扩散的能力就越强。     

南海温跃层基本特征及一维预报模式

根据现有1907—1990年南海大面调查资料,按1°×1°网格进行逐月的标准水层的温度统计。在此基础上采用3次样条函数的插值方法计算出整个南海温跃层的深度、厚度和强度并予以相应分析。分析表明,南海温跃层主要分为两种类型:第一类为辐射型,主要分布在南海北部的陆架区内,季节变化显著;第二类为不同水体叠置型,主要分布在广大深水区,它长年存在,季节变化较小。一种温跃层的一维积分预报模式,该模式是基于忽略热平流作用和水平热扩散的前提下,从局部热平衡方程出发,建立了受海面热收支及风混合作用下求解温度垂直分布及温跃层的时空变化。在南海北部水深约300m处进行了单站温跃层后报,结果表明,温跃层的深度、厚度和强度的相对误差均在30％以下。     

2002年夏季广东陆架边缘上升流海域的内潮现象及其局地反馈初探

基于2002年夏季开展的"中国近海环流形成变异机理、数值预测方法及对环境的影响"观测项目获得的往复走航温盐流资料,结合同期的卫星观测(风、SST、海表动力高度)数据,初步探讨了粤东陆架边缘上升流区的内潮现象及其局地反馈特征.研究结果表明:粤东陆架边缘海域存在显著的、间歇性的相对低温海水的沿陆坡涌升现象,其中A航段的低温(18～23℃)海水涌升发生在约50～150m深度,B航段的低温(<18℃)海水涌升则主要位于150 m以深.由于观测期间海表风变化很小,而海洋涡旋在几周至几个月内相对稳定,并且研究海域涡旋对流场的影响似乎局限于75 m以浅的上层海洋,因而A、B航段的差异显然不能用海表风或海表动力高度变化来解释.进一步的分析表明粤东陆架边缘上升流区存在显著的内潮现象,尽管资料所限使得我们无法准确判定该内潮性质,往复走航海流剖面的确揭示了1阶和5阶内潮模的存在.内潮的不同模态极大地改变了上层海洋的热力和环流结构;低阶内潮模导致沿最大温度水平梯度处水温的剧烈垂向起伏(>30 m)以及跃层两侧的海流反向现象;高阶内潮模导致垂直陆坡方向水平流速的多次反向,强烈的流剪切可能与增强的混合联系在一起.导致低阶内潮模(A航段)向高阶内潮模(B航段)转变的原因可能是由于内潮特征线倾角与地形坡度比较接近而激发的"临界反射"效应.分析结果还表明,不同内潮模态导致的环流结构变异叠加在背景环流场之上,会显著影响粤东陆架边缘上升流的空间结构及强度.     

Effect of Sea Level Variation on Calculation of Design Water Level

The long-term variation and seasonal variation of sea level have a notable effect on the calculation of engineering water level. Such an effect is first analyzed in this paper. The maximal amplitude of inter-annual anomaly of monthly mean sea level along the China coast is larger than 60 cm. Both the storm surge disaster and cold wave disaster are seasonal disasters in various regions, so the water level corresponding to the 1% of the cumulative frequency in the cumulative frequency curve of hourly water level data for different seasons in various sea areas is different from design water level, for example, the difference between them reaches maximum in June, July and August for northern sea area, and maximum in September, October and November for Southern China Sea. The hourly water level data of 19 gauge stations along the China coast are analyzed. Firstly, the annual mean sea level for every station is obtained; secondly, linear chan ging rates of annual mean sea level are obtained with the stochasti