正规半日潮海域潮汐不对称性及量化

潮汐变形是近岸潮汐的一个基本特征,潮汐不对称的判断及量化是一个重要的研究内容。传统的判别方法是通过M2分潮与其倍潮(M4、M6等)以及分潮K1、O1和M2等的相对振幅和相对相位实现。这些方法主要基于满足特定关系的分潮组的调和常数计算,不易应用于研究潮汐不对称在不同时间尺度的变化。针对正规半日潮海域,通过对潮汐不对称的分解,对潮汐不对称在一个涨落潮过程中的产生及量化进行了探讨。研究认为,近岸潮汐一个涨落过程的历时随潮汐过程变化,在一个涨落潮过程中,近岸的潮汐不对称不仅来自于M2分潮及其倍潮或K1、O1和M2等满足一定频率关系的分潮波组合,M2分潮与任何分潮叠加均可能导致涨落潮过程的不对称及其类型的潮间转换。潮汐不对称的大小与所选分潮与M2分潮的相位、振幅之间的关系密切。给出的潮汐不对称分解方法在正规半日潮海域具有一定的适用性,能够将不同分潮对潮汐不对称的贡献进行分离。但对于相对振幅大于1/2的分潮,此分解方法尚需进一步研究。     

广西近岸西部海域的海流特征研究

利用广西近岸西部白龙半岛海域2011—2012年连续一年的观测资料和数值计算方法,研究了该海域潮流和余流的基本特征及变化规律,得出如下结论:白龙半岛海域潮汐为正规全日潮,但是潮流为不规则半日潮流;旋转谱分析显示,潮流逆时针旋转分量强于顺时针旋转分量,全日潮流的总能量小于半日潮流的能量;潮流振幅在夏季明显高于冬季,这是因为夏季北部湾北部的显著层结导致的较浅海域的内潮同样比较显著,并且表现为由表层向底层加强;另外,本文首次发现,经过北部湾的台风会增强主要的全日、半日分潮的能量,引起潮流的流速增加。通过数模试验,第一次发现在白龙半岛附近海域存在一个小尺度的反气旋涡,范围大约位于108°E~108.7°E、20.8°N~21.5°N,涡旋在秋季产生,可以一直持续到冬季结束。     

珠江口及邻近海域潮波数值模拟——Ⅰ模型的建立和分析

采用无结构网格三维有限体积海洋模式FVCOM,基于高精度的水深和岸线资料,建立了覆盖珠江口及邻近海域的三维正压高分辨率数值模型。和验潮站实测资料以及前人研究的对比验证表明,该模型能较准确地再现珠江口及邻近海域的潮汐、潮流变化过程。研究发现,珠江口海域潮汐为不正规半日潮,潮型数大致介于1.1~1.3之间,M2分潮占主导地位。M2,S2,K1和O14个主要分潮向河口内传播时,等振幅线均偏西北-东南向,西侧振幅小于东侧,河口附近等位相线比陆架海域密,西侧相较于东侧更密。从湾口传播到湾顶,半日分潮历时约2h,全日分潮历时约1.3h。潮流呈东强西弱,且落急流速大于涨急流速,河口内潮流流速是陆架海域的1~2倍,最大可达到1m/s;在陆架海域半日分潮旋转潮流强于全日分潮,在珠江口内主要为西北-东南方向往复流,航道区潮流最大。欧拉余流在河口内航道区形成南向流,在河口西侧浅滩处形成北向流,出现了余环流结构。此外,在航道区和深圳湾等区域形成较强余流涡旋结构。外海传入潮流能通量自南向北在珠江口内汇聚,在航道区呈现高值区,最大可达10KW/m。     

防城港海域潮流特征分析

采用短期资料的潮流准调和分析方法,对水深为3.5～12.8 m的防城港海域6个测站大潮期间观测获得的表、中、底层潮流资料进行了分析.计算结果表明:观测海域以不正规全日潮为主,且全日分潮中K1振幅大于O1;测区的潮流分潮比WM4/WM2大于0.04,表明测区中浅海分潮流具有较大的比重,故测区的潮流性质应为不正规全日浅海潮...     

河口往复流中潮流不对称与推移质输沙的关系

潮流不对称现象是近岸潮波运动的基本特征之一,为了研究潮流不对称对推移质泥沙长期净输运的作用机制,首先在往复流情况下对Bagnold推移质输沙率公式(1966)由于不包含起动流速所可能导致的误差进行理论分析,进而由统计学中的"偏度"的概念出发,推导了河口潮流不对称与推移质输沙之间的定量关系。研究认为,虽然Bagnold推移质输沙率公式不包含泥沙起动流速,但是只要泥沙起动流速和最大流速的比值在一定范围内,则在理论上公式的计算误差是可以接受的。由偏度结合Bagnold公式导出了潮流不对称与推移质输沙之间的关系,表明推移质泥沙的长期净输运不仅与余流有关,而且与不同分潮组合之间、余流与分潮之间的相互作用紧密相关。该关系还给出了一个由潮流调和常数估算河口推移质输沙的简便方法。经对比,从潮流不对称出发估算推移质输沙与直接采用推移质输沙率公式结果一致。     

海南岛西南海域的潮流和潮汐观测特征

海洋观测是研究近海水动力环境的一个重要手段,为了研究海南岛西南海域的潮流和潮汐特征,在研究海域进行了大、中、小潮期间的潮位和潮流观测,基于实测资料,分析研究了该海域的潮汐和潮流特征。分析结果显示:该海域外海潮汐性质为不规则全日潮而近岸为规则全日潮;观测期间实测最大流速为1.57 m/s,余流最大为0.20 m/s;10个观测站位处,计算所得最大可能流速为2.58 m/s;各主要分潮流基本以O1和K1全日分潮流为主,不同层次潮流椭圆的旋转方向顺时针旋转与逆时针旋转数目基本相等。该研究成果对于该海域的水动力环境研究具有重要意义。     

蓬莱两大潮波接续处的潮汐潮流特性分析

通过对蓬莱沿岸海域多站位潮汐潮流实际观测,研究分析了其东、西两侧潮汐潮流特性。其中,受不同潮波系统控制下的半日分潮影响,蓬莱东、西两侧潮汐有较大差异,而全日分潮虽处同一潮波系统下,但量值较小、作用影响不大;东、西两侧潮流差异相对潮汐较小,半日潮流和全日潮流的变化特性与潮汐对应分潮的变化均不相同。     

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。     

乐清湾内外潮波变形及不对称性分析

海湾内外的潮波变形及其不对称性影响海湾内外动力输送和水体交换。利用乐清湾内外共9个测站连续潮位进行调和分析,得到该海湾内外各分潮变化规律,利用潮不对称性偏度计算方法确定湾内外潮汐不对称性时空变化特征,比较了主要分潮组合对潮汐不对称性的贡献度,通过数值研究探讨了湾内偏度比湾外偏度值更小的主要成因,分析了湾内外围垦工程对潮不对称偏度的影响。研究发现:乐清湾内潮汐不对称偏度值为负,表现为落潮占优,同期湾外洞头站偏度值为正,与邻近瓯江、飞云江河口的潮不对称偏度变大、表现涨潮占优的变化规律相反;湾外沿岸各站偏度由东北向西南逐渐增大,由落潮占优向涨潮占优变化;潮汐不对称性偏度呈周期性变化,分析确定M2-M4、M2-S2-MS4分潮组合对潮不对称贡献大,该海域潮汐不对称的强度主要由浅水分潮振幅控制,而相对相位则决定潮汐不对称的方向;数值研究探讨表明,湾内大范围的浅滩地形是其潮汐不对称落潮占优的主要原因,围垦将削弱湾内的落潮占优。     

伶仃洋洪季潮波传播变形及不对称性规律分析

珠江河口伶仃洋水域潮波传播变形及其不对称性关系对河口动力环境和物质输运产生影响。研究根据珠江口伶仃洋及东四口门19个潮位站2011年6月实测逐时潮位, 利用收缩河型沿程潮幅解析理论, 阐释伶仃洋从桂山岛上行沿程潮汐传播规律特征; 在调和分析基础上, 应用偏度理论和分潮组合分析方法, 阐明了伶仃洋东西岸及洪奇门、蕉门内潮汐不对称性分布特征, 对照数值研究结果, 指出伶仃洋至虎门之间水域导致潮汐不对称性的主控因素及响应规律。研究表明, 河口平面形态呈近似指数收缩特征的伶仃洋, 沿程潮幅的变化符合指数收缩型河口波幅解析变化规律, 东岸潮幅高于西岸的主要原因是东岸水深大于西岸, 其次是科氏力影响; 行进潮波虽受地形摩擦耗能及非线性作用下不同频率分潮间能量迁移的影响, 但收缩河口能量汇聚效应可以保证收缩段天文分潮潮幅减缓衰减甚至增加, 半日分潮能量汇聚效果强于全日分潮, 各非线性项作用促使浅水分潮产生并持续增能, 保证一定距离内沿程潮幅的增大; 潮汐不对称性的偏度由湾口落潮占优向湾顶涨潮占优发展, 在伶仃洋中部赤湾至金星港一线转为涨潮占优, 产生该现象的原因是自湾口向湾顶不同频率间天文分潮K₁-O₁-M₂的相互作用, 导致表现为落潮优势潮的不对称性减弱, 而天文分潮M₂和其对应的浅水分潮倍潮M₄组合作用使涨潮优势偏度值的不对称性增强; 收缩河口形态属性要素中, 水深是影响潮不对称性的最主要因素。     

恢复饱和过程与潮流不对称耦合作用下的悬沙输运

通过理想模型的解析解对河口悬移质泥沙输沙中恢复饱和过程与潮流不对称耦合作用下的长期净输运机制进行了研究,并给出了二者耦合作用下的悬沙长期净输运的定量表达及悬沙净输运方向与分潮相对位相的关系。研究认为,悬沙的长期净输运与泥沙的恢复饱和过程及潮流不对称存在密切关系。对于仅单频潮波作用的情况,恢复饱和过程不会导致悬沙净输运的产生;分潮与余流的相互作用将产生与余流方向一致的净输运;悬沙的净输运方向与潮流不对称的方向并不完全一致;对于频率满足一定条件的分潮的组合,不论该分潮组合是否导致潮流不对称,均会产生悬沙的净输运;净输运量是分潮组合中各分潮流速的振幅、相对位相及相对恢复饱和时间的函数。对于某一分潮组合,悬沙净输运与潮流不对称方向改变时,二者的相对位相阈值之间的偏差随恢复饱和时间的增大而增大。     

灌河口潮汐不对称数值模拟研究

建立灌河口平面二维潮流数字模型,并在灌河口口门至陈家港河段沿程布置5个采样点和3个横向断面,通过对各采样点一个月数值模拟结果进行调和分析,得出灌河口M2分潮及其主要倍潮的基本特征,然后利用潮位-流速关系图及通过对动量方程中各项的统计计算,研究了灌河口潮波运动的基本动力平衡、M2的主要倍潮的产生机制及其对潮汐不对称现象的影响。研究认为:灌河口潮汐潮流均属正规半日潮型。M4、M6分潮对于灌河口潮波变形有着重要的影响,M8分潮除在浅滩处外对潮汐不对称的影响很小。在深槽处M4分潮导致最大落(涨)潮流速减小(增大),最大涨(落)潮流速与最高(低)潮位之间的相位差增大。M6分潮的影响与M4基本一致,但其作用明显小于M4分潮。在浅滩处M4分潮导致最大涨落潮流速均大于M2分潮的值,M6和M8分潮使最大涨落潮流速均出现在高潮位附近,但M6、M8使最大涨潮流速减小,而使最大落潮流速增大。外海边界处倍潮波的传入对于口门附近的潮汐不对称有一定影响。M4和M6分潮导致灌河口的潮汐不对称表现为涨潮主导型,潮波运动主要受到压强梯度力、非线性对流和底摩擦力,三者与局地惯性力构成灌河口的基本动力平衡,摩擦力并不是最重要的作用力。     

辽河口岸线变化对潮不对称影响的研究

受河口地形等因素的影响,潮汐潮流会出现涨落潮不对称现象,这种不对称对河口物质输运过程具有重要的影响.本研究采用流通量偏度和水位不对称度的统计方法研究辽河口岸线变化对潮波变形的影响.结果表明,辽河口潮汐潮流不对称性表现为涨潮主导型,岸线变化导致涨潮历时延长,落潮历时减小,不对称度缩减了0.007~0.071;岸线变化导致涨潮流速减小,落潮流速增大,流通量偏度缩减了0.000~0.248,岸线变化对潮流不对称的影响程度比对潮汐影响的程度大.     

钱塘江河口潮波特性变化及原因剖析

为掌握钱塘江河口潮波特性的响应机制,采用小波分析法研究了该河口 6 个潮位长期观测站的年平均高、低潮位及年平均涨潮历时等时间序列的变化特征,结合该河口实施的治江缩窄工程及径流周期性变化,探讨了该河口潮波特性时空变 化的因果关系。结果表明：1953—2017 年,钱塘江河口呈现出高潮位显著抬升、涨潮历时缩短,低潮位在河口上段略有抬高、中段大幅抬升、下段变化不大的趋势;受治江缩窄工程进展、位置以及径流周期性变化等影响,各站潮波特性的变化在时间上存在差异;钱塘江河口的治江缩窄工程加剧了河口下段的潮波变形和潮波反射,增强了河口上、中段的河流特性,导致高潮位抬升、涨潮历时缩短,是造成潮波特性变化的主要原因;径流直接影响河口上、中段的潮位和潮流,此外,还通过流速变化改变河床地形而间接影响潮波特性。     

Tidal and river discharge forcing upon water and sediment circulation at a rock-bound estuary (Guadiana estuary,Portugal)

The relative impacts of tidal (neap, spring) and river discharge (including a flood event) forcing upon water and sediment circulation have been examined at the rock-bound Guadiana estuary. Near-bed and vertical profiles of current, salinity, turbidity, plus surface suspended sediment concentrations (SSC, at some stations only), were collected at the lower and central/upper estuary during tidal and fortnightly cycles. In addition, vertical salinity and turbidity profiles were collected around high and low water along the estuary. Tidal asymmetry produced faster currents on the ebb than on the flood, especially at the mouth. This pattern of seaward current dominance was enhanced with increasing river flow, due to horizontal advection that was confined within the narrow estuarine channel. The freshwater inputs and, at a degree less, the tidal range controlled the vertical mixing and stratification importance. Well-mixed (spring) and partially stratified (neap) conditions alternated during periods of low river flows, with significant intratidal variations induced by tidal straining (especially at the partially stratified estuary). Highly stratified conditions developed with increasing river discharge. Intratidal variability in the pycnocline depth and thickness resulted from current shear during the ebb. A salt wedge with tidal motion was observed at the lower estuary during the flood event. Depending on the intensity of turbulent mixing, the residual water circulation was dominantly controlled either by tidal asymmetry or gravitational circulation. The SSC was governed by cyclical local processes (resuspension, deposition, mixing, advection) driven by the neap-spring fluctuations in tidal current velocities. More, intratidal variability in stratification indicated the significance of tidal pumping at the partially and highly stratified estuary. The estuary turbidity maximum (ETM) was enhanced with increasing current velocities, and displaced downstream during periods of high river discharge. During the flood event, the ETM was expelled out of the estuary, and the SSC along the estuary was controlled by the sediment load from the drainage basin. Under these highly variable river flow conditions, our observations suggest that sand is exported to the nearshore over the long-term (>years).     

潮优型河口动力对水深变化的响应机制研究——以葡萄牙Guadiana河口为例*

强人类活动(如航道疏浚)和自然气候变化(如海平面上升)对近岸河口环境不同影响的辨识是目前河口海岸学研究的热点和难点问题。在地形概化和动力简化条件下, 解析模型能够快速辨识强人类活动和自然气候变化对河口环境的影响, 它是探讨河口动力过程对外界干扰的响应机制的重要工具。本文基于前人对葡萄牙Guadiana河口不同分潮之间非线性相互作用的研究, 采用一维水动力解析模型探讨河口不同分潮潮波传播过程对水深变化(模拟航道疏浚和河道淤积过程)的响应机制。研究结果表明: 平均水深$\overline{h}$的变化影响无量纲河口地形参数γ和摩擦参数χ, 进一步影响河口动力参数包括潮波振幅参数ζ、流速振幅参数μ、波速参数λ、潮波振幅增大/衰减率参数δ以及流速与水位之间的相位差?等; 平均水深变化对河口中下游段(x=0~60km)的潮汐动力影响较大, 而对河口上游段(x=60~78km)影响较弱; 主要半日分潮(M₂、S₂、N₂)对水深变化的响应略大于全日分潮(K₁、O₁); 航道疏浚幅度小于2m时, 对河口潮汐动力格局影响不大, 而当疏浚幅度大于2m时, 将对河口潮汐动力格局及水环境(如盐水入侵等)产生较大影响; 河道淤积将导致潮汐动力减弱, 流速振幅、潮波振幅及传播速度减小, 流速和水位之间的相位差也减小。