长江口水动力过程的研究进展(1979～1999)

长江口是长江注入东海的入海口 ,自徐六泾以下经过３次分汊 ,共形成４个入海通道。长江口为中潮河口，口外潮汐为正规半日潮 ,口内为非正规半日浅海潮。长江河口水动力的研究主要起因于：（１）海洋科学海陆相互作用中河口动力学的基础理论研究；（２）长江口深水航道的维持（整治、疏浚）；（３）长江河口水环境、污染物处理的日益恶化；（４）长江河口淡水资源的开发利用。长江口水动力过程主要研究径流、潮流、波浪、柯氏力及沿岸流相互作用。长江口水动力情况复杂 ,径流、潮汐、波浪、柯氏力及沿岸流作用都较强烈 ,赵保仁１９９３年认为…     

河口区斜压梯度对余水位的累积影响及其机制探讨

余水位（即潮平均水位）是河口区径潮相互作用的典型结果，研究其形成演变机制对探讨河口区的水资源高效开发利用具有重要科学意义。本文基于不同径潮边界条件下的三维斜压水动力数值模拟及切比雪夫机制分解，初步探讨了概化地形条件下斜压梯度对余水位沿程变化的影响。数值模拟结果表明:河口区余水位的沿程变化明显受径流量、潮波振幅、辐聚地形及斜压梯度等因素的共同影响，斜压梯度对余水位的影响是一种累积效应且影响区域集中在回水区，同时其影响强度具有明显的大小潮变化、洪枯季变化。利用数值模型提供的水位及流速场信息，通过切比雪夫分解非线性摩擦项分离出控制余水位变化的3个主要因素，即径流、潮流和径潮相互作用因子，并与斜压梯度产生的余水位进行对比分析，结果表明:回水区域余水位主要以径潮相互作用因子为主导；斜压梯度对余水位影响主要体现在小潮期间，有可能成为影响余水位变化的主控因子。     

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。     

河口垂向拉格朗日余环流研究

应用弱非线性理论导出了狭窄型河口内拉格朗日余流的控制方程和溶解质长期输运方程,并应用流速分解法和B—样条配置技术建立了潮汐及拉格朗日余流的数值模型,应用欧拉—拉格朗日方法和B—样条配置技术建立了长期物质输运方程的数值模型,对狭窄型河口内潮致—斜压拉格朗日余环流进行了研究。结果表明,河口垂向拉格朗日余环流,不同于欧拉余环流,呈现一种较复杂的流型,在盐水入侵界的上游可能存在一涡旋。作者提出,将河口按余环流生成机制和水动力特征分为斜压,潮控及河流三个区。     

夏季黄河入海径流对黄河口及附近海域环流影响的数值研究

基于区域海洋模式ROMS,建立了一个三维非线性斜压浅海模式,考虑了包括径流、风场、海面热交换以及黄渤海环流等因素,研究了夏季8月份黄河入海径流量对黄河口及附近海域环流结构的影响。数值实验较好地佐证了黄河冲淡水的"北偏"现象,并很好的体现了冲淡水对河口附近海域环流结构的影响。数值研究表明:黄河入海径流量对河口附近海域环流结构有显著影响,径流越大冲淡水向北-西北方向偏转越明显,同时流轴中心余流流速也显著增大;莱州湾顺时针环流受黄河入海径流影响显著,径流量越大越不利于该环流的发育和维持,而径流量越小环流越稳定;径流量越大导致河口附近海域表层余流加大,余流垂向梯度得到加强,底部补偿流增强,河口垂向环流越明显。     

孟加拉湾海域背景流–中尺度涡–高频扰动之间的相互作用

基于一套涡分辨模式数据,本文利用一种新的泛函工具—多尺度子空间变换—将孟加拉湾（BOB）海域的环流系统分解到背景流（>96 d）、中尺度（24～96 d）和高频尺度（<24 d）3个子空间,并用正则传输理论探讨了3个尺度子空间之间内在的非线性相互作用。结果表明,BOB西北部边界和斯里兰卡岛东部是BOB海域多尺度相互作用最显著的区域,中部则较弱。前两个区域的背景流大多正压、斜压不稳定,动能和有效位能正则传输主要表现为正向级串;后者则以逆尺度动能级串为主。具体来说,在BOB西北部与斯里兰卡东部,中尺度涡动能（EKE）主要来源于正压能量路径（即背景流动能向EKE传输）,其次来源于斜压能量路径（即背景流有效位能向中尺度有效位能传输,并进一步转换为EKE）。通过这两个能量路径得到的EKE向更高频的扰动传输能量,起到了耗散中尺度涡的作用。不同于此二者,BOB中部海域的EKE和高频尺度动能主要通过斜压路径获得,随后通过逆尺度级串将动能返还给背景流。苏门答腊岛的西北部也是中尺度和高频尺度扰动较强的海域,正压能量路径和斜压能量路径均是该海域扰动能的来源,但以斜压能量路径为主。     

南海吕宋海峡21°N附近多潜标观测的上层海流

为了了解潮流从西北太平洋经吕宋海峡进入南海内的变化及其垂向结构,本文利用在吕宋海峡附近沿东西方向布放的多套潜标同步获得的高分辨率ADCP长时间连续观测上层海流资料,使用调和分析方法将实测海流分解成3部分:不随时间变化的定常流、周期性潮流和剩余流,并将潮流分解为正压潮流和斜压潮流。通过对实测海流中各组分的分析,得到以下结论:该区域潮流类型在不同深度上有明显变化;M2潮自吕宋海峡传入南海后强度显著减弱75%左右,K1、O1分潮在上层强度减弱约三分之一。从垂向变化来看,在潮流强度上,各站点垂直方向上潮流强度均发生变化。从方向上看,各分潮潮流椭圆东西向特征明显,长轴变化较大,短轴(南北向特征)垂向变化不显著;潮流运动主要沿逆时针方向,垂直方向上潮流明显减弱或增强时会发生转向。斜压潮流主要集中在上表层,100m左右以下随深度逐渐减弱。东西方向斜压潮流能量比正压潮流强,而南北向的流比较稳定,且斜压潮流能量远小于正压潮流。定常流强度在各站点呈现相似的变化趋势,随深度变化减弱。     

黄河口近60年来潮流特征演化过程

本文利用 1962 年、1986 年以及 2015 年的三个典型年代的实测资料建立黄河口数学模型，并对河口潮流场和潮流特征进行模拟，借用 MATLAB 软件进行分潮调和分析，得到黄河口近 60 年潮流特征以及各个阶段的潮流演化过程，得出以下结论：（1） 1962 年河口流场较为平整，有明显切变锋形态，该阶段存在两个较为明显的高流速区并且潮流在河口处呈现为往复流；（2） 1986 年黄河三角洲岸线曲折多拐，从湾湾沟到清水沟滋生了多个小型高流速区群，并且潮流在滨海处呈现往复流的形态而在远海处为旋转流； （3） 2015 年涨落潮时潮流在河口处形成明显的环流，此时在沿线凸出沙嘴处会形成 3 个明显的高流速区,并且潮流在大部分区域呈现旋转流而在河口东北向远海处部分区域呈现往复流的特征.     

蒙特利湾底层潮流特征分析

利用多种分析方法对2011年4月至2011年10月蒙特利湾的1个站点近半年的底层流速观测资料进行分析。潮流谱分析结果表明,半日潮流(M_2和S_2)和全日潮流(K_1和O_1)在该地区潮流中占主导地位。调和分析结果表明,潮流椭圆随深度旋转,且以顺时针旋转为主,潮流振幅存在显著的垂向变化。2个主要半日分潮M2和S2的垂直结构相似,表明该地区的主要潮流是正压的。4个主要分潮随深度变化的主要特征袁明这地区的潮流受下边界层的影响。基于EOF分解的东向和北向潮流的不同垂向模态中,零阶模态的方差贡献至少为85%,斜压模态的方差贡献很小,这进一步揭示了该地区的潮流有很强的正压性。     

东沙群岛西南海域单站潮流及温盐特征分析

利用东沙群岛西南海域定点站（２０°４１’Ｎ,１１５°４９’Ｅ）３个航次观测的海流、水温资料及同期的温、盐度断面资料,用谱分析方法对该站海流、水温时间序列进行分析。结果表明,该站海流和水温的时间变化都具有明显的全日周期和半日周期波动的特征,潮流为不规则全日潮,主轴顺时针方向旋转。内潮为全日内潮占优,且具有间歇特征。和总流动类似,斜压运动也主要是顺时针方向旋转的。     

夏季北黄海南部定点高分辨率实测海流分析

对夏季北黄海南部一定点高分辨率连续ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)海流实测资料,使用调和分析方法分解成3部分:不随时间变化的定常余流,周期性潮流和剩余流,再将潮流分解为正压潮流和斜压潮流。通过对实测海流中各组分的分析,结合同时期卫星反演海面风场资料,温度、盐度断面调查资料,得到以下结论:夏季该站点上层定常余流的主导动力控制因素是风应力,上层表现出明显的Ekman风海流特征,中、下层流速方向与表层流向基本成反向,体现出"上进下出"的垂向空间结构,定常流速最大位于近表层,可以达到5cm/s以上;各层的潮流类型均为正规半日潮流,主要半日潮潮流椭圆长轴的方向基本上呈东南-西北方向,其椭率在近底层达到最大值,中、上层较小;从能量角度分析该站点各海流组分,潮流与剩余流所占能量较大,平均起来看,潮流能量占测量海流能量的77%,而定常余流仅占0.6%,该点的斜压潮流较弱,平均斜压潮流能量仅占正压潮流能量的5%。     

A study of estuarine flow using the roving adcp data

A study of estuarine flows during a neap tide was performed using 13-hour roving acoustic Doppler current profiles (ADCP) and conductivity-temperature-depth (CTD) profiles in the Altamaha River estuary, Georgia, U.S.A. The least-squared harmonic analysis method was used to fit the tidal (M₂) component and separate the flow into two components: the tidal and residual (M₂-removed) flows. We applied this method to depth-averaged data. Results show that the M₂ component demonstrates over 95% of the variability of observation data. As the flow was dominated by the M2 tidal component in a narrow channel, the tidal ellipse distribution was essentially a back-and-forth motion. The amplitude of M2 velocity component increased slightly from the river mouth (0.45 m/sec) to land (0.6 m/sec) and the phase showed fairly constant values in the center of the channel and rapidly decreasing values near the northern and southern shoaling areas. The residual flow and transport calculated from depth-averaged flow shows temporal variability over the tidal time scale. Strong landward flows appeared during slack waters which may be attributed to increased baroclinic forcing when turbulent mixing decreases.     

东海东南陆架外缘冬、夏季实测海流FFT分析

使用FFT法首次将东海陆架冬、夏季2次定点ADCP测流资料在频率域内分解成3个部分：不随时间变化的定常海流、周期为6～25h的潮流和剩余流,再将潮流分解为垂向均匀的全流(也称正压潮流)和剩余的斜压潮流。结果表明：夏季测站定常海流、潮流和剩余流能量分别占总能量的5．3％,93．9％和0．9％,而冬季测站分别占10．8％,80．9％和8．4％。夏、冬季测站的斜压潮流与正压潮流能量之比分别为20．7％和4．1％。     

Effects of particle migration on the features of their transport by tidal currents in a region of freshwater influence

Using a combined model that couples a three-dimensional ocean circulation model, a model for tidal currents, and a model for particle transport, the structure of the velocity field of the tidal current and the transport of particles migrating over the vertical were studied in the zone of the influence of the riverine runoff in the eastern part of the English Channel. It was found that the interaction between the tidal current and the baroclinic flow formed by the riverine runoff off the northeastern coast of France generates a steady-state intensive (～0.3 m/s) residual current in the zone of the effect of the riverine runoff. In order to assess the influence of different types of particle migration (which simulate ichthyoplankton) on the processes of their transport in the region under consideration, we performed numerical experiments with particle clusters, for which parameterization of their migration was implemented on the basis of the field observations over the proper vertical movements of different types of ichthyoplankton. The experiments showed that the distribution of the fields of the particle concentrations and the velocities of their movements depend not only on the background hydrophysical conditions but also on the character of the vertical migration of the particles. In this paper, a comparison between the results of the modeling and those of the field observations in the region under consideration are presented.     

楚科奇海夏季潮流和余流观测研究

根据2008年8月5日至9月7日在楚科奇海布放的一套锚碇潜标观测系统(71°40.024′N,167°58.910′W)获得的海流剖面资料研究了该海区的海流分布特征,重点探讨了潮流的垂向结构、余流剖面特征及海流的斜压性.结果表明:(1)该海域主要分潮为半日潮M1,S2和N2,近日分潮O1,天文分潮MM和MSF,其中以M...     

南海北部陆架海域内潮特征的观测研究

利用2014年南海东沙岛西北部海域70余天的流速剖面高频观测资料,研究分析了该海区正压潮、内潮的时空分布特征。结果表明,观测海区正压潮流以O_1,K_1,M_2,S_2为主;斜压潮流中,除四大分潮之外,MU_2与2Q_1分潮能量也较强;内潮的主轴方向基本沿东南-西北方向,近似与局地等深线垂直。全日内潮的锁相部分占全日内潮能量的17.5%,而半日内潮的锁相部分占半日内潮能量的30%;进一步研究发现半日内潮主要由第一模态主导,而全日内潮第二模态占比50%,约为其第一模态能量的两倍;内潮模态能量占比显示出显著的大小潮调制的半月周期。对比不同垂向模态计算方法发现,当流速观测深度有限时,利用全水深温盐资料计算观测范围内流速垂向模态是更为准确的方式。     

Three-dimensional numerical model study of the residual current in the South China Sea

A three-dimensional baroclinic shelf sea model is employed to simulate the tidal and non-tidal residual current in the South China Sea. The four most significant constituents, M₂, S₂, K₁ and O₁, are included in the experiments with tidal effect. At most stations, the computed harmonic constants agree well with the observed ones. The circulations of the South China Sea in summer (August) and winter (December) are mainly discussed. It is shown that the barotropic tidal residual current is too weak to affect the South China Sea circulation, whilst the contribution of the baroclinic tidal residual current to the South China Sea circulation would be important in the continental shelf sea areas, especially in the Gulf of Thailand and Gulf of Tonkin. In the deep-sea areas, the upper barotropic or baroclinic tidal residual current is relatively very weak, however, the speed order of the deep baroclinic tidal residual current can be the same as that of the mean current without tidal effect. Moreover, the baroclinic tidal residual current seems to be related to the different seasonal stratification of ocean.     

A survey of baroclinic tides in the Beibu Gulf in the South China Sea

The principal characteristics of the tides are investigated by a shipborne acoustic Doppler current Profiler at a fixed station located in the Beibu Gulf from 4 to 14 April 2003. Data analysis indicates that the diurnal tidal currents dominate local current variations at the observing site. Except the barotropic M_2 constituent, four principal tides comprise both back-and-forth barotropic and baroclinic tidal currents. The baroclinic tidal ellipse parameters vary with depth, showing complicate features, rather than monotonous features being figured. For baroclinic tidal constituents, vertical modes are different to each other. Similarly, the semi-major axes of the tidal constituents vary with depth. In the lower layer, a nonlinear regression approach is used to calculate and obtain the SEMA profiles of diurnal tidal constituents. Results show that in the thin bottom boundary layer, all of the parameters vary drastically with depth, totally distinguished from the vertical profiles above.     

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。