黄海的风、潮混合特征及其对冷水团边界的影响

本文第一作者早在1985年就提出,潮混合效应控制着夏季黄海冷水团的边界及海面冷水分布(赵保仁,1985)。1987年又进一步通过水文调査资料和卫星图片给出了黄海周围的浅水陆架锋(或称潮汐锋)的分布及强锋区的跨锋断面中的温度、盐度和坏流结构特征,并指出夏季的黄海沿岸流在性质上属沿锋面运动的强流(赵保仁,1987a,b),而后又对黄海西部的陆架锋进行了一次专门调査(赵保仁等,1991)。此外,他还指出黄海的强温跃层的形成和转移现象也与潮混合现象密切相关(赵保仁,1989)。因此,研究潮混合现象对阐明发生在黄海的多水文物理现象都是至关重要的。 为深入了解黄海的潮混合特征,作者把渤海、黄海和东海作为一个整体完成了一次精度较高的潮汐、溯流数值计算,在潮汐、潮流的分布方面,揭示了前人尚未阐明的一些特征。本文根据这些数值结果,计算了近最大潮流流速和层化参数,阐明了渤海、黄海和东海的潮混合特征及其对降温期黄海冷水团分布变化的影响。此外,还用 Sim pson等人(1981)的能量模式计算了南黄海西部的风、潮混合效率。     

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.     

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。     

渤海的潮混合特征及潮汐锋现象

人们对黄海的潮汐锋现象已有一些报道和研究[1～4],但对渤海的潮汐锋现象却没有进行过认真的分析和讨论,迄今只有赵保仁[1]在讨论黄海的潮汐锋时,指出过渤海海峡的潮汐锋现象;而黄大吉等[5]在数值计算渤海的温度变化时也指出在渤海内部存在着潮汐锋现象,但却没有进行深入的分析和给出任何实测证据.本文试图根据方国洪和曹德明最近在渤海取得的潮汐潮流数值计算结果1),计算由Simpson等[6]提出的陆架海的潮混合层化参量,来讨论渤海的潮混合特征;并进一步利用实测水文资料和海面温度的卫星遥感图像来说明渤海潮汐锋的分布和变化特征.     

罗源湾潮流数值计算

研究罗源湾潮汐、潮流及潮波的传播,对罗源湾的开发及海岸工程建设具有一定的实际意义。为系统地了解罗源湾的潮汐、潮流状况,采用不规则三角形网格的分步杂交法,建立罗源湾海域二维变边界潮流数值模型,通过计算得到同潮时线与等振幅线、潮流椭圆、潮致欧拉余流分布及不同时刻潮流场分布。该海湾海流具往复流性质,潮汐、潮流均属正规半日潮,最大流速发生在可门水道。     

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。     

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。     

渤海的潮汐余流

本文采用二维非线性潮波微分方程,依据目前的海图对渤海M_2、S_2、K_1、O_1的潮汐余流进行了数值计算,并进一步计算了由这4个分潮组成的总潮汐余流。计算表明,渤海以M_2的潮汐余流占主要地位,S_2、K_1、O_1的潮汐余流具有大约相同的量值。但是,它们比M_2小一个量级。为探讨渤海潮汐余流自30年代以来的变化情况,本文还依据30年代的渤海海图和设想数十年后渤海的海图,对M_2进行数值计算,求得这二个时代的M_2潮汐余流。结果表明,自30年代以来,莱州湾的潮汐余流发生了很大的变化。     

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。     

第六章 渤海潮波系统及潮致拉格朗日余流

对渤海潮波系统的计算,我们分别采用二维有限差分方法、有限元方法进行了数值模拟,同时应用三维非线性潮波理论进行了数值计算,除计算潮流外,还计算了潮致余流。     

渤、黄、东海透明度的分布与变化

本文根据1972～1987年间中国和南朝鲜的海洋调查资料,分析研究了渤、黄、东海海水透明度的分布特征和季节变化,并对其影响因子作了较为详细的讨论。渤、黄、东海海水透明度具有明显的地区差异和季节变化。其基本特征为:近岸和河口区透明度低;远岸和受外海水系影响区高。冬季低;夏季高。控制透明度分布和变化的主要影响因子有:风和潮流的搅拌作用、大陆径流、沿岸和外海流系、沉积物分布和海洋层化等。     

基于FVCOM的南海北部海域潮汐潮流数值模拟

基于非结构三角形网格的FVCOM(finite-volume coastal ocean model )数值模型, 对南海北部海域的潮汐、潮流进行了精细化数值模拟研究, 并根据模拟结果详细分析了M2, S2, K1, O1 分潮的潮汐和潮流特征。研究结果表明: 神泉港到甲子港海域表现为正规全日潮性质, 珠江口附近海区潮汐以不正规半日潮为主, 其他海域主要表现为不规则全日潮; 陆架海域和深水海域主要表现为往复流, 陆架坡折区存在较强的旋转流, 陆架坡折区为不规则半日潮流和不规则全日潮流的分界线; 东沙群岛附近海域以不规则全日潮流为主, 旋转方向为顺时针; 整个海域的最大流速分布与等深线基本平行, 东沙群岛附近速度明显变大, 最大值出现在台湾浅滩附近, 最大值超过70 cm/s; 南海潮波系统以巴士海峡传入的大洋潮波为主, 分为三支潮流, 以不同的形式进出南海北部海域; 余流在台湾浅滩附近达到最大, 超过6 cm/s, 自南向北进入台湾海峡, 近岸余流自东向西沿岸流动。本研究在东沙群岛周边的模拟结果与前人基于实测资料的分析吻合较好, 并且由于采用了高精度的三角网格, 本文对东沙群岛周边海域的潮汐潮流结构和性质的刻画和分析是迄今为止较为精细的, 同时本研究还提高了对沿岸验潮站调和常数的模拟精度。     

渤海的环流、潮余流及其对沉积物分布的影响

阐明渤海环流和潮余流的分布特征及其与沉积物输运之间的关系。本文根据80年代以来的实测海流资料得到：辽东湾的环流是顺时针向的；黄河三角洲外海存在着一支流向东北偏北向流，与辽东湾西部的东北向海流相接；渤海湾内的环流北部为反时针向，南部为顺时针向回转的双环结构。上述环流趋势与渤海沉积物分布相一致。渤海沿岸主要入海河流的特征矿物分布正是上述环流存在的最好佐证。文中进一步讨论了潮余流分布特征及其对渤海环流的贡献。     

渤海的环流、潮余流及其对沉积物分布的影响

阐明渤海环流和潮余流的分布特征及其与沉积物输运之间的关系。本文根据８０年代以来的实测海流资料得到：辽东湾的环流是顺时针向的；黄河三角洲外海存在着一支流向东北偏北向流，与辽东湾西部的东北向海流相接；渤海湾内的环流北部为反时针向，南部为顺时针向回转的双环结构。上述环流趋势与渤海沉积物分布相一致。渤海沿岸主要入海河流的特征矿物分布正在上述环流存在的最好佐证。文中进一步讨论了潮余流分布特征及其对渤海环流的     

南海北部东沙岛附近的内潮和余流特征

采用东沙岛附近的一个长达9个月的锚定潜标的观测资料对南海北部的正压潮、内潮和余流情况进行了分析,得到了当地正压潮和内潮的特征。此处正压潮流以全日潮为主,秋、冬季相对较大,春季相对较小;正压余流受海盆尺度环流和地形的限制,在潜标观测期间的秋、冬、春三季基本以偏西向的正压流为主。内潮同正压潮一样,也以全日分潮为主,潮流椭圆随水深发生旋转,在110—120m附近存在内潮非常弱的一层。斜压余流在2009年2—3月比较异常,这是由于在此其间有一个中尺度涡经过。对此潜标数据采用经验正交函数分解的方法进行分析,发现海流的各个主要EOF模态与内波的垂向模态结构有一定的关联。     

潮流场对渤、黄、东海陆架底质分布的控制作用

运用二维潮流数学模型，模拟了渤、黄、东海陆架的M2潮汐、潮流。结果表明，渤、黄、东海陆架的潮流有强弱之分以及往复流和旋转汉之别。在此基础上，计算了8种粒径沙的湖平均悬移输沙率、潮平均推移输沙以及相应的输沙率散度。根据输沙率散度的正负，划分了海底冲刷区与淤积区。根据不同粒径泥沙输沙率散度的相对大小，确定出海底的主要底质类型为砂质沉积、粉砂质泥沉积和以粉砂为主的混合沉积。计算结果表明，海底3种主要底负类型的分布格局与海底的冲淤格局以及与输沙率矢量的发散和聚合状况基本一致。在渤、黄、东海陆架，沙脊主要在强往复流区形成，沙席主要在强或较强的旋转流区形成，泥质沉积主要在弱潮流区形成。砂质沉积、泥质沉积以及混合沉积这3种主要底质类型并非孤立存在，而是受渤、黄、东海陆架潮流场控制而形成的一个完整的潮流沉积体系。渤、黄、东海陆架的砂质沉积与泥质沉积并非残留沉积，而是潮流沉积。在没有冷涡的情况下，黄、东海陆架的典型泥质沉积在弱潮流环境中同样可以形成，因此，认为冷涡并非黄、东海陆架典型泥质沉积形成的必要条件。     

渤、黄、东海夏季环流的三维斜压模型

基于拉格朗日时均观点描述环流，建立起潮流与准定常流共同占优势系统中的陆浅海环流模型，并诊断计算了夏季渤、黄、东海的三维环流图。模拟结果较好地再现了渤、黄、东海主要流系的特征。对照冬季结果，对渤、黄、东海环流的季节变化做了阐述。从环流垂向分量的分布图上，可发现渐闽近海、长江口外存在较明显的上升流区。另外，对夏季渤、黄、东海的热盐环流和潮致余流分别进行了模拟，发现它们均能在黄海构成一逆时针向的五流系统，这对形成和维持夏季黄海冷水团的存在有重要作用。热盐环流的模拟结果表明，黄海冷水团环流含有“热成流”的成分；通过Lagrange余流的计算发现环绕黄河冷水团的环流还含有“潮成流”的成分。     

黄河三角洲飞雁滩海岸的侵蚀及机理

飞雁滩海域是1964－1976年黄河刁口河流路入海区域。根据地形和断面水深监测资料，阐述了该岸段流路废弃后的岸滩侵蚀特征和地貌变化。研究结果表明，刁口河流路废弃后飞雁滩海岸向海凸出的地形特征，是造成该岸段强烈侵蚀的重要原因。进一步结合波、流动力的对应分析认为，波浪以掀沙为主，潮流以输沙为主，波浪和潮流的联合作用是飞雁滩海岸侵蚀的主要动力机制，其中潮流主要通过余流携沙外榆，造成近岸泥沙亏损。     

渤、黄、东海潮汐、潮流的数值模拟与研究

基于FVCOM海洋数值模式,采用高分辨率的三角形网格,对渤、黄、东海的潮汐、潮流进行数值模拟,并通过比较120个沿岸验潮站和14个潮流观测站的实测与模拟结果进行模型验证,两者符合较好。根据模拟结果,给出了四个主要分潮的潮汐同潮图和5m层潮流最大流速及最大潮流同潮时分布。渤、黄、东海共有5个半日分潮和3个全日分潮的独立旋转潮波系统,且都呈逆时针方向旋转;半日潮流和全日潮流各有12个圆流点;在冲绳岛和奄美岛两侧的4个半日潮流圆流点分别呈对称分布,其中有3个为本文首次给出;在日本九州岛西侧还新给出2个全日潮流圆流点。有关它们的存在性需要实测资料的进一步检验。