渤海开边界潮汐的伴随法反演

潮汐潮流数值模拟中的一个主要难点在于开边界条件的确定。本文采用伴随法 ,由渤海沿岸 1 9个验潮站的潮汐调和常数来反演渤海海域的开边界条件 ,以实现渤海潮波的数值模拟。计算所得调和常数与实测值之差的绝对平均值 :m1 潮波振幅差为 1 4cm ,迟角差为5 0°;M2 潮波振幅差为 2 4cm ,迟角差为 5 0°。数值模拟结果正确地反映了渤海m1 和M2 潮波的基本特征     

提取分潮调和常数的新方法——正交方法

给出了提取潮汐调和常数的一种新方法--正交方法,并应用1992～1997年的TOPEX/POSEIDON卫星高度计遥感资料,提取中国海M2分潮调和常数.同时,利用最小二乘法来提取中国海M2分潮调和常数,两种方法结果比较渤海、黄海、东海海域M2分潮振幅、迟角的均方差分别是3.3 cm,3.6°;南中国海海域M2分潮振幅、迟角均方差分别是1.1 cm,1.7°,结果表明正交方法是一种可信的具有实用性的方法.     

南海潮汐的伴随同化数值模拟

把利用正交潮响应方法对 2 4 8个周期超过 6年的南中国海的TOPEX/Poseidon卫星高度计资料进行潮波分析提取的沿轨分潮调和常数同化到二维非线性潮汐数值模式中去 ,优化模型中的开边界条件和底摩擦系数 ,模拟了南海m1 和M2 分潮的潮汐。所用的同化方法是伴随同化。根据计算结果给出了m1 和M2 分潮的同潮图。计算结果与 5 9个验潮站资料的比较结果是 :m1 分潮的振幅和迟角的平均绝对误差分别是 4.8cm和 8.7°;M2 分潮的振幅和迟角的平均绝对误差分别是 4.3cm和 1 1 .0°,表明计算结果与验潮站资料符合良好。研究结果表明 ,利用伴随同化方法把TOPEX/Poseidon资料同化到潮汐数值模式中去对模式进行校正是有效的     

渤、黄、东海潮汐开边界的1种反演方法

潮汐潮流数值模拟中的 1个主要难点在于开边界条件的确定。本文采用伴随方法 ,利用渤、黄、东海的 64个验潮站资料 (潮汐调和常数 ) ,通过反演渤、黄、东海的开边界条件 ,来实现渤、黄、东海 M2 潮波的数值模拟。为了取得较好的数值模拟结果 ,同时对给定的底摩擦系数进行校正 ,计算出调和常数的模拟值与实测值之差的绝对平均值 :振幅差为 4 .0 cm,迟角差为 2 .5°。实验结果较好地体现了渤、黄、东海 M2 潮波的特征。     

北部湾潮汐潮流的三维数值模拟

基于二阶湍流闭合模型计算涡动粘性系数的POM三维水动力模式,采用细网格,考虑6个岛屿、海底摩擦系数进行划片取值,模拟北部湾潮汐潮流.所得潮汐调和常数与81个实测站比较,绝对平均误差:K₁分潮振幅为46cm,迟角为9°;O₁分潮振幅为56cm,迟角为7°;M₂分潮振幅为62cm,迟角为15°.由模拟结果分析出该海区潮汐、潮流、余水位和潮余流,以及水平速度垂直分布等特征.     

渤、黄、东海潮汐的一种验潮站资料同化数值模式

以往的研究表明,采用直接的数值计算所得渤、黄、东海潮汐分布与实测值存在一定偏差。为了改善数值计算结果,建立了一种同化数值模式。计算中,在连续方程中增加了一个松弛项,将模式结果向已有实测调和常数的控制点推算潮高值趋近。在数值模拟中,共选取40个沿岸和岛屿验潮站作为控制点,另外选取71个验潮站作为检验点。数值实验表明,随着松弛系数的增加,控制点的计算和实测调和常数之差逐渐减小,直至松弛系数太大时,计算溢出。与此同时,检验点的计算和实测调和常数之偏差开始时也同步地明显减小,但当松弛系数加大到一定数值后,偏差值基本上不再减小,表明通过松弛同化可以改善计算结果,但计算与实测的逼近程度仍有一定限度。对沿岸111个验潮站计算值与实测值的比较表明,对M2分潮,振幅和迟角偏差分别从同化前的6.9cm和5.6°减小至同化后的3.5cm和3.1°;对S2分潮,从2.5cm和6.5°减小至1.9cm和4.0°;对K1分潮,从3.0cm和7.8°减小至1.4cm和4.1°;对O1分潮,从2.0cm和7.5°减小至1.3cm和4.2°。     

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。     

利用T/P 卫星高度计资料调和分析南海潮汐信息

利用j,v模型调和分析1992～2002年共10 a的TOPEX/Poseidon(T/P)海面高度距平资料,提取了南海K1,O1,P1,Q1,M2,S2,N2和K2等8个主要分潮的潮汐调和常数。分析比较了卫星上下行轨道的19个交叉点的振幅和迟角,其中M2,S2,K1和O1的平均向量均方根偏差分别是1.5,1.1,2.5和1.4 cm;将交叉点的调和常数与TPXO7.2模式的结果进行了比较,结果表明M2,S2,K1和O1分潮振幅的绝对平均误差均小于3 cm,迟角的最大绝对平均误差为7.8°。选取了与卫星轨道较近的8个验潮站,对验潮站的实测数据调和常数和本文所得调和常数进行了比较,结果显示K1分潮的向量均方根偏差为4.7 cm,M2分潮的向量均方根偏差为3.7 cm。论文结果表明利用j,v模型调和分析方法对南海海域卫星高度计资料进行潮汐信息提取是可靠的,并可为局部重力场的研究提供海洋潮汐改正数据,有一定的参考价值。     

基于T/P 和Jason-1 高度计数据的渤黄东海潮汐信息提取

对19 a 的TOPEX/POSEIDON(以下称T/P)和Jason-1 卫星高度计测高数据进行调和分析, 得到渤黄东海海域的8 个主要分潮(M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1 和Q1)。提出一种将两类卫星高度计数据统一的方法, 消除了因两类卫星高度计校正算法等不同所导致的相互之间的偏差。变轨后的T/P与Jason-1 卫星加密了高度计对潮汐观测的空间分布。通过对交叉点处升轨与降轨的潮汐调和分析结果进行比较, 检验调和分析方法及高度计数据的可靠性; 将基于高度计数据的调和分析结果与验潮站资料进行比较, 以检验其正确性。4 个主要分潮(M2、S2、K1、O1)振幅之差的均方根介于1.0~1.8 cm, 迟角之差的均方根介于4.1°~7.8°。与已有研究结果相比, 调和分析结果的精确性有所提高。在此基础上, 综合变轨前后两类高度计测高数据的调和分析结果, 给出并分析了渤黄东海4 个主要分潮的同潮图。     

基于T/P和Jason-1/2卫星高度计海面高度数据获取南海同潮图的研究

随着卫星高度计资料的不断丰富,通过对卫星高度计所得潮汐调和常数进行插值或拟合得到潮汐同潮图成为可能。本文拟对T/P(TOPEX/POSEIDON)、Jason-1和Jason-2卫星高度计数据进行分析,得到南海区域星下观测点处四个主要分潮(M2、S2、K1和O1分潮)的调和常数,进而利用双调和样条插值方法对其进行插值,获取南海同潮图。首先,以1992～2016年T/P和Jason卫星高度计所得海面高度数据为基础,利用调和分析方法计算了南海星下观测点处M2、S2、K1和O1四个主要分潮的调和常数,并与40个验潮站数据进行了对比,最大矢量均差为4.99cm,说明分析所得调和常数与利用验潮站资料提取的调和常数的误差较小。进而采用双调和样条插值方法对星下点调和常数进行插值,得到了南海四个主要分潮的同潮图,所得结果与全球潮汐模型TPXO7.2模式结果的矢量均差分别为4.69、2.46、3.13和2.42 cm,与141个验潮站处观测结果的矢量均差分别为22.59、10.26、10.24和8.51 cm。此外,插值所得四个主要分潮的无潮点位置与前人研究结果相近。上述实验结果表明:利用双调和样条插值方法对卫星高度计所得调和常数进行插值能够获取较为准确的同潮图。     

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。     

珠江河口潮能收支研究

Tidal energy budget in the Zhujiang(Pearl River) Estuary(ZE) is evaluated by employing high-resolution baroclinic regional ocean modeling system(ROMS). The results obtained via applying the least square method on the model elevations are compared against the tidal harmonic constants at 18 tide stations along the ZE and its adjacent coast. The mean absolute errors between the simulation and the observation of M_2, S_2, K_1 and O_1 are 4.6, 2.8, 3.2 and 2.8 cm in amplitudes and 9.8°, 15.0°, 4.6° and 4.6° in phase-lags, respectively. The comparisons between the simulated and observed sea level heights at 11 tide gauge stations also suggest good model performance. The total tidal energy flux incoming the ZE is estimated to be 343.49 MW in the dry season and larger than 336.18 MW in the wet season, which should due to higher mean sea level height and heavier density in the dry season. M_2, K_1, S_2, O_1 and N_2, the top five barotropic tidal energy flux contributors for the ZE,import 242.23(236.79), 52.97(52.08), 24.49(23.96), 16.22(15.91) and 7.10(6.97) MW energy flux into the ZE in dry(wet) season, successively and respectively. The enhanced turbulent mixing induced by eddies around isolated islands and sharp headlands dominated by bottom friction, interaction between tidal currents and sill topography or constricted narrow waterways together account for the five energy dissipation hotspots, which add up to about 38% of the total energy dissipation inside the ZE.     

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。     

渤海潮流及湖余流的数值计算

渤海是我国重点保护水系之一。为了控制水域污染,制定废水排海标准,首要步骤须查明入海污染物质的扩散过程。在渤海,潮流是形成污染扩散的主要营力之一,为此首先计算渤海的潮流及潮余流场。近二十年来,随着电子计算机的迅速发展和计算技术的进步,潮汐动力学进入了数值研究的新阶段。这一新方向的特点,是以求解自然条件下长波方程的初值——边值问题为出发点,研究以往所不能解决的许多复杂现象。     

北印度洋半日潮波的数值模拟研究

基于FVCOM(Finite Volume Coast and Ocean Model)模型,建立北印度洋海域(31^°~102^°E,16^°S~31^°N)的M₂和S₂分潮潮波数值模式,研究北印度洋半日潮潮汐、潮流分布特征。对底摩擦系数进行数值试验,利用代价函数梯度下降法,得到分潮调和常数向量均方根偏差(RMSE)的变化曲线,逼近并确定最优的底摩擦系数。将采用该系数的模拟结果与TOPEX/Poseidon卫星高度计交叉点的调和常数数据、国际海道测量组织(IHO)及部分文献中的验潮站数据进行比较与验证,一致性较好。其中对比卫星数据的振幅偏差为2~4 cm、迟角偏差为7^°~8^°,与验潮站数据的振幅偏差为3~6 cm、迟角偏差为8^°~9^°。根据模拟结果,分析了北印度洋海域M₂和S₂分潮潮波传播特征和潮流椭圆的空间分布特征等。M₂分潮潮波在阿拉伯海南部有1个无潮点,在波斯湾内有2个无潮点,最大振幅超过80 cm;潮流在西北印度洋和孟加拉湾中部大多为顺时针旋转,其余海域大多为逆时针旋转;流速在阿拉伯海东北部、安达曼海、波斯湾和孟加拉湾北部较大,最大流速为160 cm/s,其他海域较小。S₂分潮的潮波传播特征、无潮点的位置和潮流椭圆的空间分布特征等都与M₂分潮类似,但潮波振幅和潮流流速等都相对M₂分潮较小。研究完善了北印度洋海域2个主要半日分潮M₂和S₂的整体特征。     

西北太平洋的一种潮汐数值同化模型

利用FVCOM海洋数值模式,在球坐标系统下考虑非线性效应和天体引潮力的影响,基于非结构的三角形网格建立了包括中国近海、日本海、鄂霍次科海和部分西北太平洋海域的高分辨率海洋潮汐数值模型,并采用趋近法同化84个沿岸验潮站的观测资料。模拟结果与175个验潮站的实测结果拟合良好,M₂,S₂,K₁,O₁四个主要分潮振幅和迟角的绝对平均误差分别为4.0 cm和5.6°,2.4 cm和7.5°,2.6 cm和6.3°,1.5 cm和5.0°。依据调和分析结果给出了4个主要分潮的同潮图分布,得到8个半日分潮和5个全日分潮的无潮点,证实了宗谷海峡全日潮无潮点的存在,首次模拟得到津轻海峡的全日潮无潮点;还给出了整个计算海域内最大可能潮差和潮汐余水位的分布特征。     

渤、黄、东海三维潮波运动数值模拟

采用POM三维海流数值模式模拟渤、黄、东海潮波运动。所得潮汐调和常数与77个测站的观测值的平均绝对误差：m1振幅1．92cm,迟角4．39°;M2振幅4．70cm,迟角5．08°。模拟结果显示M2分潮流共存在8个圆流点,m1岁潮流共存在9个圆流点。其中,M2分潮流在舟山群岛附近与m1分潮流在黄海北部和台湾海峡谷存在一个圆流点,这三个圆流点是本文数值模拟所首次显示的,需进一步的观测验证它们实际存在与否。模式还得出湍流涡动系数分布。