苏北浅滩“怪潮”灾害监测预警综合服务关键技术研究

苏北海域地形特殊,潮汐特征复杂,极易产生局部"怪潮"灾害,引发重大海难事故。怪潮监测及预报愈显重要。本文基于"怪潮"机理,完成苏北浅滩"怪潮"灾害监测预警综合服务关键技术研究,包括"怪潮"数值模式结果可视化技术、"怪潮"预警报信息提取算法及"怪潮"辅助决策支撑等。苏北浅滩"怪潮"灾害监测预警综合服务平台于2012年5月上线运行,实时、动态发布苏北浅滩"怪潮"监测及预警报等信息,有力保障了苏北沿海海洋生产安全。     

渤海、黄海、东海潮流、潮能通量与耗散的数值模拟研究

基于ROMS海洋数值模式,对渤海、黄海、东海的潮汐、潮流进行数值模拟,模拟结果与91个沿岸验潮站的实测结果拟合较好。研究表明,渤、黄、东海内的潮波以半日潮为主,共有4个半日潮、2个全日潮和1个退化的半日潮旋转潮波系统,且都呈逆时针方向旋转;渤海的半日潮流主要呈顺时针方向旋转,全日潮流呈逆时针方向旋转,黄海的潮流以逆时针旋转为主,东海、朝鲜海峡潮流以顺时针旋转为主;半日分潮流共有13个圆流点,K1(O1)分潮流有10(9)个圆流点,但全日潮流的同潮时线分布较为复杂;太平洋传入东海的4个主要分潮潮能通量分别为118.341GW、19.525GW、5.630GW、3.871GW,一半以上的潮能耗散在南黄海,30%—40%的潮能耗散在东海,其次是北黄海,而渤海最小。     

苏北浅滩浅水分潮特征研究

应用高分辨率网格和高精度的苏北浅滩地形数据,利用非结构有限体积模型FVCOM,精细化地模拟了苏北浅滩潮汐主要特征,研究了浅水分潮M4、MS4和M6的主要特征,并与前人的研究成果做了比较。本文结果显示M4和MS4分潮潮波传播特征类似,浅滩内存在3个旋转潮波系统,南侧小庙洪水道处为逆时针旋转,浅滩北侧为顺时针和逆时针旋转系统各1个。对于M6分潮,本文的结果显示存在3个无潮点,2个为逆时针,1个为顺时针。M4分潮振幅在近岸处最大能达到14cm以上,MS4分潮振幅比M4略小,M6振幅最小,仅能达到M4分潮振幅的20%左右。为了验证浅滩沙脊地貌对当地浅水分潮的影响,本文进一步在平滑地形的基础上重新模拟主要浅水分潮M4,结果表明水道和沙脊地貌参与了当地浅水分潮无潮点的形成,并且浅滩的坡度是影响振幅大小的重要因素。     

苏北废黄河三角洲侵蚀后退过程及其对潮流动力的影响研究

以苏北废黄河三角洲及其毗邻海域的南黄海旋转潮波为研究对象,在恢复黄河北归以来苏北废黄河三角洲海岸不同发育阶段岸线位置和水下地形的基础之上,通过所建立的潮波数学模型,研究了在苏北废黄河三角洲不同演变阶段南黄海潮波运动的特征及其变化。研究表明:在1855年黄河北归前,由于废黄河口岸线向外突出20余千米且有宏大的水下三角洲,由北向南传播的潮波受到阻挡,处在其南侧的辐射沙脊区水动力相对较弱;随着江苏海岸线后退,废黄河口水下三角洲夷平,由北向南传播的潮波变得更加顺畅,南黄海旋转潮波得到不断加强,辐射沙脊北部的西洋水道及中南部的烂沙洋水道、小庙洪水道深槽区水动力随着废黄河三角洲的侵蚀后退,平均流速和最大流速均表现为增大的趋势。     

渤、黄、东海8个主要分潮的数值模拟研究

应用MIKE数值模拟软件,采用无结构三角形网格,建立一套计算区域包括整个渤海、黄海、东海以及东海大陆架和琉球群岛的高分辨率数值模型,考虑了实际水深和岸线,外海开边界采用西北太平洋大模型结果的潮位提供,模拟了东中国海潮波的波动过程,对潮波垂直运动过程进行调和分析,得到了渤海、黄海、东海的M2,S2,K1,O1以及N2,K2,P1,Q1八个主要分潮的传播和分布特征。利用中国沿海14个潮位站的调和常数对模型结果进行了验证,验证结果显示模型较为准确可靠。研究结果表明:4个主要半日潮(全日潮)在渤、黄、东海的传播情形基本相似,即潮波在渤海、黄海、东海沿岸的传播性质上类似沿岸开尔文波的传播形态,并且成功再现了计算海域的4个半日分潮无潮点和2个全日分潮无潮点。全日潮振幅各无潮点附近振幅最小,而海湾的波腹区振幅最大,东海潮差呈现近岸方向振幅大、离岸方向振幅小,浙闽沿海振幅也较大,黄海振幅相对较小,渤海振幅在辽东湾和渤海湾顶最大,两个无潮点周边振幅较小。     

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、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。     

西北太平洋的潮能通量与耗散

利用基于FVCOM(Finite Volume Coastal Ocean Model)模式同化沿岸验潮站数据的高分辨率潮汐数值模型结果,分析研究了包含中国近海、日本海和鄂霍次克海在内的西北太平洋海域全日、半日分潮的潮能通量与耗散。西北太平洋的潮波能量分3支,分别传入鄂霍次克海、东海和南海。传入东海的半日潮波能量是传入南海的3倍左右;传入南海的全日潮波能量是传入东海的5倍多。传入中国东部海域的M2分潮能中,有64.3%耗散在东海,32.4%耗散在黄海,仅有3.2%耗散在渤海;而K1分潮能中分别有48.2%、31.4%及7.1%耗散在东海、黄海及渤海。进入南海的潮能中,仅有32.7%的M2分潮能和38.3%的K1分潮能耗散在南海的北部海域,另有23.9%的M2分潮能进入并耗散在台湾海峡,其余则进入南海南部。传入日本海的太平洋潮能很少。鄂霍次克海消耗的全日潮能是半日潮能的2倍。     

苏北辐射沙洲区间流系分布格局及对大气强迫力的响应

苏北辐射沙洲海域由10余条主沙脊和10余条主水道组成,其沙脊群间水动力的消长决定了沙洲的生成、发展及消亡,形成了滩槽相间、水道交错的独特地貌。黄海旋转潮波与东海前进潮波交汇于沙洲中心弶港,在沙洲外围诸多流系如黄海沿岸流、苏北沿岸水和长江冲淡水等影响下,又受复杂地形和大气强迫对浅水作用的影响,沙洲间余环流结构呈现4种环流结构迥异的特征。本文利用2006-2012年间8次共23站一年四季、涵盖主要沙脊和水道间准同步调查数据,以及沙洲南部4站长达1个月以上连续观测的ADCP资料,结合吕四和洋口港海洋站气象水文数据,分析了沙洲间余流四季输运分布格局,并重点讨论和分析了沙洲南部余流与风应力的响应关系。     

简讯

1985年4月27日—5月1日,中国科学院海洋研究所“科学一号”海洋考察船进行了贯穿南黄海、东海至琉球海沟的连续海底地形调查。调查所设的两条测线历时近四天四夜,总长约1600海里,是目前从南黄海通过东海,经久米岛以西直至琉球海沟最长的测线。测线所取得的资料完善地反映出南黄海、苏北浅滩、长江水下三角洲、东海大陆架、冲绳海槽、琉球岛架和琉球海沟的各类地形特点。     

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.     

灵山岛附近海域的潮流特征

灵山岛东临南黄海,西濒大陆,岸线曲折,地形复杂,因而这里的潮流除受黄梅潮波系统的影响之外,还明显地受到地形的影响。黄海潮波是由路经东海的太平洋潮波继续向西北方向传播形成的。由于受山东半岛和辽东半岛南岸的反射作用,在山东半岛南岸和成山头附近分别形成两个M_2分潮无潮点,另外在南黄海中部还形成一个K_1分潮无潮点。因此,黄海潮波则为颇具驻波性质的潮波。就灵山岛的地理位置而言,山东半岛南岸的M_2分潮无潮点位于其东侧大约80nmile处,而K_1分潮无潮点位于其东偏南约140nmile     

黄海绿潮研究:回顾与展望

自2007年以来,南黄海海域连年发生大规模绿潮(green tides),至2018年已连续12年出现。大规模绿潮对南黄海西部沿海一线的景观、环境和养殖业造成了严重破坏,已经成为黄海海域一类常态化的生态灾害问题。每年夏季,苏、鲁沿海一线地方政府都要投入大量人力物力,对海滩上堆积的绿藻进行收集和处理。针对绿潮问题,我国政府组织相关学者,围绕绿潮起源、成因、危害、监测和防控进行了大量调查和研究工作。经过多年研究,在黄海绿潮原因种及其鉴定方法、黄海绿潮起源地与早期发展过程、影响黄海绿潮的关键因素等方面已经有了比较系统、深入的认识,确认了黄海绿潮的原因种为浒苔(Ulva prolifera),发现黄海绿潮主要起源于南黄海西部的苏北浅滩海域,基本阐明了浅滩区绿潮早期发展的关键过程。浒苔自身的生物学特性、苏北浅滩独特的海域环境特征,以及浅滩区的养殖活动是影响黄海绿潮形成的关键要素。但是,在绿潮原因种浒苔的最初来源、绿潮的生态效应,绿潮演变趋势以及绿潮防控对策等方面仍需进一步开展研究工作。为验证黄海绿潮成因方面的科学认识,对绿潮防控工作提供思路和技术保障,青岛海洋科学与技术国家实验室设立了鳌山科技创新计划项目"近海生态灾害发生机理与防控策略",将黄海绿潮作为一项重要生态灾害问题开展研究,旨在进一步阐明绿潮成因,为绿潮防控提供坚实的科学依据。     

春、秋季黄东海海域悬浮体平面分布特征及海流对其分布的影响

利用2003年春季(4月)和秋季(9月)两次对南黄海及东海北部海域II类水体悬浮体质量浓度的调查资料,得到了本海域近期悬浮体的平面分布特征,并分析了海流对本海域悬浮体分布的影响。结果表明,本海域春季悬浮体质量浓度明显高于秋季;受黄海沿岸流、黄海暖流及台湾暖流的影响,春季苏北浅滩悬浮体呈西北-东南舌状向深海运移,秋季悬浮体以苏北浅滩高值区为中心向外海扩散;长江及杭州湾入海泥沙基本都沉降在123o30′E以西的海域内。     

晚更新世末期的陆架沙漠化环境

根据黄、渤、东海的浅地层剖面仪记录,作者发现晚更新世末期中国黄、渤、东海陆架曾发生过沙漠化。据目前所知,渤海的辽东浅滩、黄海的苏北浅滩、东海的台湾浅滩,都可能为独立的沙漠体,全新世海侵后将其淹没。衍生沉积可划分为3种类型,其一为完全埋藏型,构成南黄海北部的厚层泥质沉积区;其二为半埋藏性,如庙岛列岛一带的黄土沉积;其三为完全出露型,以南京附近的黄土沉积为典型。古季风的吹扬作用是海退后陆架发生沙漠化和产生一系列衍生沉积的基本动力。     

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。     

基于哨兵2号卫星遥感影像的2018年苏北浅滩漂浮绿藻时空分布特征研究

黄海浒苔绿潮自2007年以来连年暴发，但对漂浮绿藻在其源地—苏北浅滩的分布、发生和发展过程仍缺乏精细刻画。本文主要采用哨兵2号卫星遥感影像，对2018年苏北浅滩的漂浮绿藻信息进行提取，结合地形、微波+红外融合海表温度和CCMP海面风场数据，分析了影响漂浮绿藻时空分布的重要环境因子。结果表明:漂浮绿藻于5月23日在苏北浅滩南部首次通过遥感影像被探测到，在6月逐渐向北发展扩大，在7月中旬消失。漂浮绿藻最早可追溯至浅滩中心紫菜养殖筏架区边缘，而后沿潮沟形成宽度为10～200 m、断续绵延数十千米的条带。在黄海绿潮发展过程中，浅滩持续向北及外海输送漂浮绿藻。在浅滩以北，漂浮绿藻的分布和漂移与海面风向一致。本研究结果可为黄海绿潮的早期预警和防控提供依据。     

南黄海灾害地质因素及分区

尝试性地将南黄海灾害地质因素分为4大类。同时参考地貌沉积界线和其他因素将南黄海分成4个灾害地质区：即海岸带、苏北浅滩、海州湾和南黄海东部灾害地质区，并时各灾害地质区进行了定性评价，苏北浅滩灾害地质区是研究区内灾害地质环境最不稳定的区域。     

试释黄海半日潮波系统形成机制

本文利用南黄海中央实际存在的半日潮波的往复流带作为水墙,视黄海半日潮波为水墙西部(U形海湾)与东部(L形海湾)两个独立潮波系统的组合.经过数值试验,获得令人满意的结果.从而可以用已有的矩形海湾潮波系统形成的动力机制来合理地阐明黄海半日潮波系统形成动力机制.仁川和江苏弶港附近的潮波腹点是黄海半日潮波系统的重要特性点,两个潮波腹点位置是由潮波系统的驻波性质决定的.南黄海中部存在一大片半日潮弱流区.     

南海东北部内潮数值研究

导出二维三层（准三维）潮流与起伏地形相互作用而产生内潮波的非线性数学模型，并分别以Ｍ２分潮，Ｋ１分潮为策动潮波，数值求解南海东北部大陆斜坡对策动潮波的响应。结果表明：台湾浅滩南面斜坡对Ｍ２分潮响应最为强烈，东沙群岛东面斜皮次之，其余海域无显著响应；对Ｋ１分潮的响应则以一统暗沙东南面斜坡最甚，其次为东沙群岛东南的斜坡，其余海域响应微弱。