渤海主要分潮的模拟及地形演变对潮波影响的数值研究

基于FVCOM数值模式,利用1972年和2002年水深岸线数据,分别对渤海主要潮波系统进行模拟,研究了水深岸线变化对渤海主要分潮的影响。结果表明渤海地形演变会引起各分潮无潮点位置移动和振幅的改变,其中M2、S2分潮黄河口附近无潮点位置向东北方向迁移20km以上,且渤海湾湾顶振幅减弱,莱州湾内振幅增强;K1、O1分潮位于渤海海峡附近的无潮点亦向东北方向偏移,移动距离为10km左右,且渤海湾湾顶振幅明显减弱。在此基础上,本文通过敏感性数值实验,对导致黄河口外M2分潮无潮点位置移动的主要因素进行了初步分析。结果显示,在岸线不变的情况下,水深变化导致无潮点向东北方向迁移;而岸线变化导致无潮点向东南方向迁移。     

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。     

海平面长期变化对东中国海潮波的影响

对1992年10月～2007年9月AVISO高度计融合资料进行分析,得到东中国海海平面变化速率。根据计算出的海平面变化速率,线性外推50和100a后东中国海海平面。采用ECOMSED模式,模拟出当前以及50a,100a后东中国海潮波,分析海平面长期变化对东中国海潮波的影响。结果表明,各分潮振幅、迟角与现有各分潮振幅、迟角之差有一定的分布模式,振幅在大部分地区增大,迟角在大部分地区减小,在深水大洋区振幅和迟角基本不变,无潮点位置相对于现有各分潮无潮点位置均发生偏移。     

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。     

渤海岸线及水深变化对水动力影响的数值模拟

为探究渤海岸线及水深变化对水动力的影响,基于Delft3D水动力学模型,选用2003年和2015年作为围 填海前后的典型年份,建立了围填海前后岸线及水深条件下的渤海三维水动力模型,并对水动力场进行了模拟。通过对围填海前后潮波和潮余流的分析,得到了岸线及水深变化对渤海水动力场的影响。结果表明:填海后,岸线及水深变化会对渤海主导分潮M₂分潮产生较大影响,秦皇岛附近无潮点向西北方向偏移,渤海海域M₂ 分潮振幅总体减小;潮致余流场受岸线及水深变化影响较大,其中渤海湾曹妃甸港南部形成复杂的涡流,沿岸海域余流增大;滨海新区附近形成多个小范围环流,且天津港到黄骅港北部沿岸海域2015年余流比2003年增加3~5 cm/s;黄骅港南部形成一个逆时针环流,并且该处余流减小2~5 cm/s。辽东湾辽河口附近由于水深增加导致余流减小2~7 cm/s。莱州湾黄河口附近的逆时针环流向东南方向移动,黄河口北部余流略有减小,东南部余流明显增大,增加量最多能达到9 cm/s。刁龙嘴南侧顺时针环流减小,北侧顺时针环流增大4~9 cm/s。     

基于FVCOM 的渤海潮波数值模拟

基于有限体积法海洋数值模型(FVCOM),对渤海当前水深岸线状况下的潮汐潮流进行了数值计算。模式采用不规则三角形网格,较好地提高了黄河口处网格分辨率,模拟了渤海海域K1,O1,M2和S2四个主要分潮。利用渤海沿岸19个验潮站的资料对模拟结果进行了验证,K1分潮振幅绝均差2.39 cm,迟角绝均差4.36°,O1分潮振幅绝均差1.40 cm,迟角绝均差4.29°,M2分潮振幅绝均差为3.55 cm,迟角绝均差为5.69°,S2分潮振幅绝均差1.72 cm,迟角绝均差8.86°,结果显示各分潮模拟结果合理,较真实地反映了渤海海域四个分潮传播情况。     

温州鳌江近海建设工程环境影响潮汐潮流数值模拟

收集了近年来鳌江口附近海域多个工程不同阶段5个潮位站的3-5年潮位实测数据和部分海流实测资料,通过对鳌江口附近海域的不同年份的水位资料进行潮汐调和常数分析,鳌江近海海域主要为半日潮区,其中M2分潮的振幅在170~193 cm;迟角在260°~280°之间,这些站的2007年、2010年、2011年调和常数分析结果相比,主要的半日分潮M2、S2、N2,全日分潮K1、O1及浅水分潮M4、MS4、及M6等分潮振幅、迟角的最大变化分别在1.8~4.4 cm和3°~7°之间。在初步掌握了鳌江口潮汐潮流特征的基础上,采用无结构的三角形网格和有限体积法的FVCOM海洋数值模型,进行模拟结果验证,计算结果与实测数据符合良好。构建重点年份建设工程合拢产生新的岸线水深的潮汐潮流场,刻画鳌江口建设工程的叠加影响。     

温州鳌江近海建设工程环境影响潮汐潮流数值模拟(英文)

收集了近年来鳌江口附近海域多个工程不同阶段5个潮位站的3~5年潮位实测数据和部分海流实测资料,通过对鳌江口附近海域的不同年份的水位资料进行潮汐调和常数分析,鳌江近海海域主要为半日潮区,其中M2分潮的振幅在170 cm~193 cm;迟角在260°~280°之间,这些站的2007年、2010年、2011年调和常数分析结果相比,主要的半日分潮M2、S2、N2,全日分潮K1、O1及浅水分潮M4、MS4、及M6等分潮振幅、迟角的最大变化分别在1.8 cm~4.4 cm和3°~7°之间。在初步掌握了鳌江口潮汐潮流特征的基础上,采用无结构的三角形网格和有限体积法的FVCOM海洋数值模型,进行模拟结果验证,计算结果与实测数据符合良好。构建重点年份建设工程合拢产生新的岸线水深的潮汐潮流场,刻画鳌江口建设工程的叠加影响。     

渤海主要浅水分潮的模型研究

采用POM海洋模式模拟了渤海潮汐的主要特征。4个主要天文分潮的计算结果与实测吻合较好,在此基础上进一步探讨了渤海3个主要浅水分潮的基本特征。根据模式计算结果发现:渤海M_4和MS_4潮波传播特征类似,均存在5个潮波系统,其中4个为逆时针旋转,1个为顺时针旋转,与前人的研究成果比较一致。此外,根据浅水分潮和产生浅水分潮的源分潮的关系式推算得到MS_4分潮的振幅和迟角,与直接通过调和分析得到MS_4分潮的振幅和迟角进行对比,结果也是比较符合。针对M_6分潮在渤海传播特征进行分析,发现:本海域存在7个M_6分潮无潮点,其中4个为逆时针旋转,3个为顺时针旋转。计算结果还发现:3个浅水分潮都是在近岸浅水海域振幅相对较大,这显然与浅水分潮的产生机制密切相关。     

渤海湾M_2分潮的季节变化:增强调和分析的应用

M_2分潮的季节变化对沿海的海洋环境有着重要影响。增强调和分析(EHA)既可以提取主要分潮时变的振幅和迟角,同时可以得到其他分潮不随时间变化的振幅和迟角。本文利用EHA分析渤海湾两个站点的水位数据,研究了渤海湾M_2分潮的季节变化。为了评估EHA方法的准确性,在理想实验中设计了人造"水位数据"。利用EHA分析得到的M_2分潮时变振幅和迟角以及S_2、K_1、O_1分潮不随时间变化的振幅和迟角均比其他方法得到的结果更接近给定值,表明了EHA的有效性和可用性。当使用EHA分析渤海湾实际海平面观测数据时,得到的M_2分潮振幅具有明显的季节变化特征:夏季较大,冬季较小。敏感性实验表明,分析所得渤海湾M_2分潮振幅的季节变化趋势不受实验设置的影响,是鲁棒的,能够反映该海域真实的M_2分潮季节变化。此外,渤海湾M_2分潮振幅的季节变化可能是东亚季风通过影响平均海平面、层化和涡动黏性系数的季节变化而引起的。     

渤海湾M2分潮的季节变化:增强调和分析的应用

M₂分潮的季节变化对沿海的海洋环境有着重要影响。增强调和分析(EHA)既可以提取主要分潮时变的振幅和迟角,同时可以得到其他分潮不随时间变化的振幅和迟角。本文利用EHA分析渤海湾两个站点的水位数据,研究了渤海湾M₂分潮的季节变化。为了评估EHA方法的准确性,在理想实验中设计了人造“水位数据”。利用EHA分析得到的M₂分潮时变振幅和迟角以及S₂、K₁、O₁分潮不随时间变化的振幅和迟角均比其他方法得到的结果更接近给定值,表明了EHA的有效性和可用性。当使用EHA分析渤海湾实际海平面观测数据时,得到的M₂分潮振幅具有明显的季节变化特征:夏季较大,冬季较小。敏感性实验表明,分析所得渤海湾M₂分潮振幅的季节变化趋势不受实验设置的影响,是鲁棒的,能够反映该海域真实的M₂分潮季节变化。此外,渤海湾M₂分潮振幅的季节变化可能是东亚季风通过影响平均海平面、层化和涡动黏性系数的季节变化而引起的。     

海岸围垦工程对三门湾内潮汐振幅的影响与研究

近年来随着三门湾内围垦工程规模的不断扩大,三门湾的岸线及水深地形发生了显著变化,有必要重新评估三门湾内的潮汐振幅特征。本研究基于ADCIRC二维潮汐模型,开展了三门湾围垦工程实施前后潮汐振幅变化规律的研究。结果表明:三门湾内以半日潮为主,湾口和湾顶处振幅相差较大。单纯考虑围垦工程引起的岸线变化时,半日潮振幅受到的影响较为明显,振幅以减小为主,M2分潮减小幅度为0. 08～0. 10 m。采用经验公式预测了围垦工程造成的最终回淤量,围垦工程附近平均淤积为1. 5～2. 5 m,深水区附近淤积更加严重。当考虑了回淤导致的地形变化后,围垦工程区附近的潮汐振幅会有显著的减小,半日分潮减小幅度要远大于全日分潮,在围垦区域前沿,M2分潮振幅减小幅度较为明显,然后向外侧逐步减小。与单纯岸线变化相比,水深地形改变导致的潮汐振幅变化幅度要远大于前者。     

关于半封闭海湾潮波的数值模拟

本文用H-N方法的单层模式,对若干规则形状半封闭海湾内的潮波进行了数值试验,并结合黄、渤海区潮波的数值模拟进行了讨论.本文认为,在一个海湾中,当潮波在前进方向上遇到向右转的岸线时,在其附近容易产生一块右旋区域;而在遇到向左转的岸线时(包括海湾的顶端),容易产生左旋;从而对黄、渤海中不同区域内旋转方向的不同给出一种机制性解释.本文还讨论了数值模拟中开边界上各点输入水位的振幅和迟角变化对海湾内水位和潮流的影响.     

黄河口及其邻近海域水深和岸线变化对M2分潮影响的数值研究

黄河口及其邻近海域水深和岸线的演化显著地影响着该海区的潮波系统。本研究收集到了1972年及2002年水深及岸线数据。在此基础上,基于ROMS模式建立了渤海海域潮波数值模式,模式采用正交曲线坐标,在黄河口及其邻近海域水平分辨率优于500m,其它海域水平分辨率优于2km。模式首先模拟了2002年M2分潮潮波状况,并利用实测资料进行了检验,在此基础上进一步模拟了1972年M2分潮潮波状况。对比分析表明1972—2002年黄河口外M2分潮无潮点向东北方向迁移约30km;期间莱州湾西侧M2分潮振幅明显增强;莱州湾M2分潮迟角呈现由前进波向退化的旋转潮波系统转变的趋势。     

印度尼西亚海域潮波的数值研究

基于ROMS模式构建了模拟区域为(15.52°S-7.13°N,110.39°~134.15°E)水平分辨率为2′的潮波数值模式,分别模拟了印尼海域M2、S2、K1、O1四个主要分潮。模拟结果与29个卫星高度计交叠点上的调和常数进行比较,符合较好。M2分潮的振幅均方根差为3.4cm,迟角均方根差为5.9°;S2分潮的振幅均方根差为1.7cm,迟角均方根差为6.3°;K1分潮振幅均方根差为1.1cm,迟角均方根差为5.8°;O1分潮振幅均方根差为1.2cm,迟角均方根差为4.4°。M2、S2、K1、O1分潮向量均方根差分别为3.8cm、2.4cm、1.9cm和1.3cm,模拟结果的相对偏差在10%左右。根据计算结果分析了印尼海域的潮汐特征及潮能传播规律,结果显示:爪哇海以外的印尼海域主要为不规则半日潮区;全日潮潮能主要由太平洋传入印尼海域,而半日潮潮能则是从印度洋传入印尼海域。     

江苏辐射沙洲水道潮流调和分析

利用改进的G·Godin潮流调和分析程序对辐射沙洲腹地水道中的29个测量站位连续2个潮周期准同步流速测量数据进行调和分析,得到9个分潮的调和常数及椭圆要素,对M2分潮潮流空间分布特征进行了分析。该海域M2分潮占优,潮流类型为正规半日潮。水道水流表现为往复流运动,主流向与岸线或水道的走向一致。流矢旋转在空间上表现较为复杂,在表层多体现为顺时针方向旋转运动。分析发现地形因素对中、底层旋转方向有较大影响。根据分析结果,对所测站位M2分潮潮流迟角和潮流浅水影响因子进行了计算分析。潮流浅水影响在沙脊及浅滩、浅沟上相对较大,浅水分潮影响随水深向下而增大。     

渤海潮波系统的数值模拟

利用二维非线性潮波方程组,讨论了渤黄海主要分潮(全日潮、半日潮及浅水分潮) 数值模拟中的有关问题。数值模拟中同时考虑了4个主要分潮(M2,S2,K1,O1)和两个浅水分潮(M4,MS4)。分析表明,在渤黄海潮波系统数值模拟中,稳定后选取14 d的数值模拟结果进行调和分析能够取得最佳(最合理)的调和分析结果。计算出调和常数的模拟值与实测值之差的绝对平均值:M2分潮的振幅差为4cm,迟角差为3.3°,S2分潮的振幅差为2cm,迟角差为4.2°,K1 分潮的振幅差为1cm,迟角差为3.7°,O1分潮的振幅差为2 cm,迟角差为5.5°。实验结果较好地体现了渤黄海潮波系统的特征。     

基于数值模拟的强潮海湾潮汐预报模型精度分析：以三门湾为例

全球潮汐预报模型在深水大洋具有较高的精度, 但在近岸强潮海区由于地形岸线、模型分辨率等原因精度不一, 难以直接应用。三门湾海域多年平均潮差4 m, 最大潮差可达7 m,是典型的强潮海湾, 为了评估TPXO9.0、TPXO9.0-atlas TOPEX/POSEIDON TIDES）、NAO.99b（National Astronomical Observatory of Japan）与GTM（Global Tide Model） 4 种预报模型在三门湾海域的预报精度, 本文分别通过上述4 个潮汐预报模型提取水动力数学模型开边界进行对比,并利用提取的开边界潮位对二维水动力模型进行驱动。通过计算分析潮位站实测数据与数值模拟结果的误差, 研究4 种预报模型模拟的三门湾潮汐变化得出, NAO.99b 模型在三门湾海域整体预报精度最佳, 分潮振幅、迟角和实测数据误差最小, TPXO9.0-atlas 分潮振幅模拟较好, 但迟角误差较大。对湾内四大分潮进行潮汐调和分析发现, 三门湾海域以半日潮为主, M2、S2 和K1分潮振幅由湾顶向湾口递减, O1分潮相反。     

渤海中部海域表层潮流和余流特征分析

利用2014年各月浮标观测得到的表层海流资料,对其进行调和分析,基于调和分析结果对渤海中部潮流和余流特征进行研究。结果表明:渤海中部大部分海域潮流性质属于不正规半日潮性质。渤海中部水深较浅,浅水分潮的影响不可忽略,其中M4分潮的影响更为显著;潮流运动形式除西部和北部两个浮标点为往复流以外其余均是旋转流,旋转方向均为逆时针;渤海中部实测涨落潮流除最北端的2号浮标点较强以外,其他均小于75 cm/s。涨落潮流的强度较一致。渤海中部的余流除4号浮标点以外均为偏向北的流动,表层月均余流的季节变化不太明显。本文推测渤海中部环流的流动特征为顺时针。冬季渤海中部表层余流受制于风的作用,春、夏季某些区域余流受到风的影响较大,是潮汐余流和浅海风海流的合成。而靠近岸边的1号浮标点以潮余流为主。     

琼州海峡夏季三塘潮流谱分析和余流特征研究

无论潮流矢量是反时针旋转(f>0)还是顺时针旋转(f<0),全日潮谱峰都高于半日潮谱峰。2个半日潮周期分别为12、12.4h;2个日潮周期分别为23.9和25.8h;在半日潮和全日潮分量中,反时针分量是主要的:顺时针的半日潮能谱只有反时针的84%;顺时针的日潮能谱只有反时针的65%;浅水分潮6.2、8h和超过24h的3、4.2和5.5d等也有明显表现,但是都未通过显著性检验;夏季余流流速在5～10cm/s范围内变化,方向以南偏西为主。造成这种现象的首要的因素是夏季琼州海峡水交换基本态势和三塘附近海底地形,风对流向变化也有重要影响。