东海东部和南部潮流的数值计算

本文数值模拟了东至对马岛、九州和琉球群岛,南至台湾海峡中部的东海东部和南部海区的全日和半日潮流,给出了潮流的分布,所得结果与观测值符合良好。计算表明,冲绳海槽附近剧烈的水深变化能引起计算的不稳定,但足够大的侧向涡动粘性可以消除这种不稳定性。所得结果表明,大部海区潮流为右旋,在朝鲜海峡南部和冲绳岛西面各有一个M₂圆流点。根据海中观测和计算所得的潮流和沿岸潮汐观测值,还给出了东海K₁和M₂潮汐同潮图。     

莫桑比克海峡及其邻近海区正压潮流数值模拟与能量收支分析*

莫桑比克海峡及其邻近海区是全球海洋潮流和潮能耗散最强的海区之一。文章利用高分辨率通用环流模式对该海区的正压潮流进行模拟, 并对该海区潮能通量和潮能耗散特征进行分析。结果表明, 莫桑比克海峡及其邻近海区的潮波主要是半日分潮占主导地位, 全日分潮可忽略不计, M₂分潮形成1个左旋潮波系统和1个右旋潮波系统, S₂分潮形成1个左旋潮波系统。莫桑比克海峡和马达加斯加岛南部等绝大数区域的M₂和S₂半日潮流是逆时针旋转, 在马达加斯加岛顶部等局部区域是顺时针旋转, 而且在海峡通道等复杂地形处潮流流速量级较大。潮能通量矢量主要来自东边界, 大部分潮能通量沿马达加斯岛北部传入莫桑比克海峡区域, 其中经过马达加斯加岛北部和进入莫桑比克海峡的M₂ (S₂)分潮的潮能通量分别为156.86GW (40.53GW)和148.07GW (36.05GW), S₂分潮潮能通量的量级大约为M₂分潮的1/5~1/4。底摩擦耗散主要发生莫桑比克海峡和马达加斯加岛南北部, 其中莫桑比克海峡M₂ (S₂)分潮的底摩擦耗散为1.762GW (0.460GW), 占其底部总耗散的43.74% (39.72%)。     

半日潮流作用下悬移质泥沙的运动特征及其影响因素研究

本文通过建立一维水深平均悬沙模型,对典型潮流控制的水道内悬沙运动特征进行研究。模型以泥沙再悬浮、沉降和平流为主要物理过程,动力因素包含M₂、S₂分潮及余流,采用湄洲湾2007年8月潮位、潮流、悬沙、底质同步观测资料进行分析和验证。通过三角傅里叶分析,将悬沙的时间序列分解为12个主要的谐波分量,其中主要分量包括:M₂分潮作用下产生的具有M₂倍潮角速度的1/4日分潮项,M₂与S₂分潮共同作用下且角速度为两分潮角速度之和的1/4日分潮项,及水平悬沙梯度、余流与M₂分潮共同作用下具有M₂分潮角速度的半日潮项。悬沙在时间上的平均值受到余流、悬沙水平梯度、M₂分潮流及悬沙起动条件等因素控制。余流导致了悬沙序列中相邻周期之间的不对称性。反映泥沙特性的参量对悬沙的曲线特征具有重要影响,泥沙沉降速度影响悬沙的相位,并影响其振幅;再悬浮有关的参量仅影响各谐波分量的振幅,但不影响相位。     

浙江近海潮汐潮流的数值模拟

用三维陆架海模式(HAMSOM)对浙江近海的潮汐、潮流进行了数值模拟,并采用网格嵌套和动边界技术对原模式作了改进,以提高计算的精度,改进后的模式在浙江近海的应用中被证明是成功的.沿岸50个潮位站计算与实测值的比较表明,加入动边界以后的小区域细网格计算较之粗网格以及未加动边界以前精度普遍提高,比较的均方差结果为:M₂分潮振幅差4.6cm,相角差7.14°;S₂分潮振幅差5.0cm,相角差5.4°;K₁分潮振幅差2.25cm,相角差5.76°;O₁分潮振幅差1.56cm,相角差5.5°,可见计算与实测符合良好.另外,选取了105个实测潮流点,比较了表层M₂和K₁分潮流调和常数分量Ucosξ,Usinξ,Vcosη,Vsinη的实测值与计算值的偏差,结果表明计算与实测的符合程度较好.在此基础上,给出了各主要分潮的潮位同潮图、潮流同潮图、潮汐性质、潮流性质、潮流椭圆和潮流的运动形式等,发现4个主要分潮M₂,S₂,K₁,O₁在本区内均未出现无潮点;M₂分潮流在29°18'N,122°46'E处有一个圆流点.此外还得到了一些有意义的结论,都与实测情况符合良好,从而对整个浙江沿海区域的潮汐潮流特性有了一个全面认识.     

南海潮汐潮流的数值模拟

本文用二维球坐标数值模式计算了南海m₁[=(K₁+O₁)/2]和M₂分潮的分布.计算范围从2°N到25°N,99°E到121°30'E,坐标的经向纬向、格距均为1°/4.计算结果与92个实测站进行比较符合良好,m₁分潮振幅的平均误差为4cm,迟角为7°.M₂分潮振幅的平均误差为9cm,迟角为12°.根据计算结果给出南海m₁和M₂分潮的潮汐、潮流、潮余流和潮能通量分布图.     

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.     

渤、黄、东海潮汐潮流的数值模拟

利用球坐标系中的二维非线性潮波方程组,数值计算了渤、黄、东海全海区的全日及半日潮汐潮流。沿岸81个潮位站的计算与实测值的比较表明,M₂分潮振幅差平均为7.2cm,相角差为6.4°,m₁分潮振幅差平均为2.6cm,相角差为7.4°,计算与实测符合良好。潮流的比较结果表明,计算与实测的符合程度也是比较好的。文中给出的同潮图同Fang(1986)给出的实测与数值的综合结果基本一致。本计算还证实或首次给出了若干圆流点。如对M₂分潮流,证实了在北黄海山东北部近海及南黄海北部各存在一对圆流点,并在浙江北部近海新发现一对圆流点;对m₁分潮流在苏北浅滩外侧发现一个圆流点,另外在东海东北部(济州岛东南)新给出两个圆流点,东海东南部的弱流区存在三个圆流点,此外,文中还分别讨论了M₂及m₁分潮能通量的传播和消耗情况,并指出从太平洋经吐噶喇海峡及冲绳至宫古岛之间的水道传入东海的m₁分潮,在遇到陆坡的阻挡后,其中有相当部分潮能被反射回太平洋。     

渤海潮汐及大风作用下水位的数值模拟

本文以M₂,S₂,K₁及O₁ 4个主要分潮之和为开边界条件,用“ADI”法对渤海的潮位和潮流进行了数值模拟。潮位和潮流的计算值与潮汐表的预报值(或无风情况下的实测值)比较吻合。在潮汐模拟的基础上,还进行了大风影响下水位场和流场的数值模拟,亦获得了比较满意的结果。     

胶州湾潮汐潮流动边界数值模拟

基于普林斯顿海洋模式,通过干湿网格判别法引入潮汐潮流的漫滩过程,考虑M₂,S₂,K₁,O₁,M₄和MS₄六个主要分潮,建立了胶州湾潮汐潮流数值模拟和预报模型,研究了该海域潮汐潮流特征,并讨论了漫滩对潮流模拟的影响。与实测资料的对比验证表明,该模式能够对胶州湾的潮汐和潮流做出较为合理的预测。给出了胶州湾潮汐、潮流、余流等分布特征,模拟的潮流场以及余流场涡旋等现象与观测符合良好;计算了潮波能通量,从能量角度探讨了潮波的传播特性;对潮位与潮流场演变规律,以及潮能通量的分析表明,胶州湾内的潮波以驻波为主。通过数值试验发现,漫滩过程的引入对胶州湾潮流速度的模拟至关重要,不考虑漫滩过程的模式会夸大或者低估潮流流速。对于滩涂面积广阔的海域来说,潮流数值模式中考虑漫滩的影响是必要的。     

南黄海辐射沙洲潮流不对称性对岸线变动的响应

近岸地区的潮流不对称影响着沉积物输运和地貌改变。南黄海辐射沙洲海域潮动力强且水动力环境复杂,分析研究该海域潮流不对称性对海岸带资源的开发与保护有长远意义。本文基于Delft3D模型模拟1984年、2014年不同岸线条件下辐射沙洲海域的潮汐潮流运动,结合调和分析与偏度理论,分析刻画了不同岸线条件下潮流不对称性的空间分布特征。研究表明：辐射沙洲海域地形主导的涨落潮流速不对称性（PCA）以涨潮占优为主导;涨落憩历时不对称性（SWA）则以涨憩历时短为主导。二者皆主要受半日分潮（M₂、S₂）和浅水分潮（M₄、MS₄）的非线形作用影响。1984–2014年岸线变动后PCA正负性不变,但强度进一步增大,最大变幅可达25%;而γ_SWA减小,最大减幅可达20%,SWA在辐射沙洲海域涨憩历时短的趋势增加。     

长江口海域潮流场数值模拟

本文使用二维非线性模式作了长江口海域潮流场数值模拟,该海域系半日潮为主,故仅考虑M₂和S₂两个主要分潮,时间步长为310秒,空间步长为5海里,计算和现场观测值拟合得很好,分析1/12T—T的整个潮流场表明,存在两个不同的潮流系统,即外海(122°E以外)的顺时针向潮流和长江口门附近的往复潮流(122°E以内),涨潮流历时小于落潮.     

杭州湾和钱塘江潮波的联合数值模型

本文应用有限差分法,对杭州湾采用二维模型,对钱塘江采用一维模型进行了潮波联合数值计算,得到了全日((O₁+K₁)/2)、半日(M₂)和浅水(M₄)分潮的调和常数,计算结果比单纯的二维模型结果更符合杭州湾潮汐潮流的实际情况,并得出了关于余水位和余流的更可信的结果。     

渤海、黄海、东海M2潮汐潮流的三维数值模拟

利用建立的一种新的半隐半显三维数值格式,将渤海、黄海、东海作为一个整体,采用球面坐标系下的三维潮波方程组,考虑了引潮力的作用,数值模拟了渤海、黄海、东海的M₂分潮的潮汐与潮流,结果较好地体现了渤海、黄海、东海M₂分潮的特征.通过比较65个验潮站的实测值与计算值,所得计算结果的振幅差平均为6.4cm,相角差为6.1°,计算与实测符合良好.本文给出的问潮图与Fang于1986年给出的实测占数值综合结果基本一致.对选取的47个测流站,比较了各层潮流调和常数Ucosζ、Usinζ、Vcosη、Vsinη的计算值与实测值的偏差,偏差绝对值的平均在2.6～4.9cm/s之间.并比较分析了潮流的垂直结构,所得结果与实测符合较好.首次揭示出回流点的水平位置不随深度变化这一特性.最后给出了M₂分潮的潮能消耗.     

台湾海峡潮汐和潮流的一个数值模型

本文根据二维非线性流体动力学方程,用有限差分方法同时计算了台湾海峡的半日和全日潮波,所得结果与观测值基本符合,半日潮相当大,M₂潮汐振幅在海峡西北角最大,超过2米,M₂最强潮流出现在台湾浅滩及澎湖列岛附近,可超过1米/秒,全日潮弱且变化较小,K₁和O₁平均潮汐振幅在0.2至0.3米间,平均潮流振幅大多在0.05至0.1米/秒,文章对四分日潮及潮汐余水位的分布也作了简述,在海峡西南端的靖海角附近四分日潮有一定相对重要性。     

粤西海陵湾底质沉积特征与泥沙输运路径

在分析粤西海陵湾表层沉积物分布特征的基础上,应用泥沙搬运矢量模型计算了泥沙净输运趋势。结果表明,海区南北两端均存在着一个泥沙聚集区,北侧是径流与涨潮上潮流交绥的响应,南侧是波浪与落潮下泄流交绥的响应。分选性好的中部广大区域受单一动力作用,泥沙净输移方向由北指向南。     

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。     

南海潮汐特征的初步探讨

本文以英版潮汐表上刊出的调和常数为主,选取了320个站资料,计算了南海的潮汐性质、潮差,半日潮和日潮的同潮时线、潮差,并用等高线法,绘制了M₂、S₂、K₁、O₁分潮图,从而较好地展现了潮汐的分布规律.在南海北部,汕头以南海区发现了一个新的半日分潮(S₂)无潮点.海区的潮波运动,以前进波为主,由北向南传播,到了沿岸海湾,因受地形等影响变成驻波.与以往文献比较,更准确地揭示了本海区的潮汐特征.     

基于FVCOM的廉州湾及周边海域三维潮汐潮流数值模拟

基于采用不规则三角网格和有限体积方法的FVCOM模式,建立廉州湾三维潮流数值模型来重现廉州湾及周边海域的潮位和潮流变化状况。根据模拟结果计算得到了较以往更为精细的廉州湾及周边海域K₁、O₁和M₂分潮的同潮图,并计算了由此3个分潮引起的潮汐不对称的变化情况。K₁和O₁分潮在廉州湾外主要以驻波的形式存在,进入廉州湾后转化为前进波;M₂分潮在廉州湾外主要以前进波的形式存在,进入廉州湾后前进波特征更为明显。K₁和O₁分潮流在廉州湾外以旋转流为主,在廉州湾内以往复流为主;M₂分潮流在整个研究海域以往复流为主。由潮余流场的分布特点可以看出自南向北由外海进入廉州湾的潮余流,在冠头岭处分为两支,一支逆时针转向西,另一支被冠头岭阻挡在其南侧形成顺时针封闭环流。在廉州湾内部同时存在2个环流系统,湾顶的气旋式环流和口门处的反气旋式环流。     

潮流在长江三角洲形成发育过程中所起作用的探讨

长江三角洲为巨型潮控三角洲,探讨潮汐,潮流在其形成发育过程中所起的作用可为我国东部地区海陆相互作用的研究提供典型实例。数值模拟了冰兵期最大海侵时渤,黄,东海的潮汐,潮流,计算了此时古长江河口湾及其周围海区的泥沙输运场并根据泥沙输运率散度划分了海底冲淤区。     

北部湾三维潮流数值模拟

模型以经Sigma坐标变换后具有自由表面的三维非线性Navier-Stokes方程为基本方程,以分裂算子法剖分动量方程,用全隐差分格式求解连续方程得到自由表面,最后计算完整的速度场.此外,采用紊流封闭模型求解垂直方向紊动粘滞系数,准确获得了摩擦影响层的潮流结构.应用本模型计算了北部湾的潮波运动,重现了K₁、M₂分潮潮波系统并揭示了潮流的空间结构特征.