黄海M_2分潮的数值模拟

一、引言关于黄海潮波的数值模拟,我国、苏联、南朝鲜等学者都有不少的研究.模拟的方法,一般采取边值法和直接求解潮波原始方程组,即H-N方法两种.我国已有作者在渤海用H-N方法进行了计算.南朝鲜的崔秉昊用这种方法做了整个东中国海主要日潮和半日分潮的数值模拟,并进行了比较详细的描述,但他的计算在朝鲜沿岸比较准确,在中国沿岸误差较大.为了通过计算更深刻地认识黄、渤海区的潮汐潮流特征,特别是中国一侧的特征,并给某些小范围的数值模拟提供水界边界条件,我们进行     

基于FVCOM的渤、黄海潮汐潮流数值模拟

本文基于FVCOM海洋模式,采用高分辨率非结构三角形网格,构建了渤、黄海区域的数值模型,对该海域M_2,S_2,N_2,K_2,K_1,O_1,P_1和Q_1八个主要分潮进行数值模拟。考虑实际岸线和水深情况,模型采用干湿网格可以较好模拟出沿岸的潮汐潮流。通过沿岸20个验潮站实测调和常数资料对模拟结果进行验证,M_2、S_2、K_1、O_1分潮振幅绝对平均偏差分别为4.57cm、4.62cm、3.84cm、4.86cm,迟角绝对平均偏差分别为6.78°、4.60°、3.81°、6.02°,计算值与观测值较为接近;表层潮流椭圆分布基本反映了渤、黄海海域的潮流特性,其中M_2分潮潮流最大流速在朝鲜半岛西北部海区可以超过190cm/s。     

台湾海峡M_2分潮的三维数值模拟

本文利用普林斯顿海洋模式对台湾海峡 Ｍ ２ 分潮作了分辨率较高的三维数值模拟。在较准确地模拟了潮汐分布的基础上,研究了 Ｍ ２ 分潮流椭圆分析、最大流同时线分布、潮流场的水平及垂直结构,最后还给出了 Ｍ ２ 分潮余流、余水位的分布。结果表明, Ｍ ２ 分潮最大流同时线在海峡中部同时形成密集区和一个圆流点;构成海峡潮波系统的两股潮波中,南支潮波的影响似超出了以往所认为的范围;最大潮流仅在近海底处急剧减小,最大流方向随深度增加右转,到近底层又向左转;潮汐余流和余水位均较弱,仅在澎湖水道、台湾浅滩附近余流较大。     

西南黄海M2分潮的数值模拟

本文采用普林斯顿大学海洋模式(POM)结合中国海军司令部发布的海图地形资料, 对西南黄海M2分潮进行了三维数值模拟。利用近岸4个验潮站水位资料和一组2008年夏季鲁南海槽中30m水深处潜标测流资料, 对模拟的潮汐和潮流结果进行了对比。模式模拟的M2分潮振幅与青岛、石臼所和吕泗这三个验潮站的实测资料符合良好; 但与连云港验潮站的实测振幅相比, 模拟振幅明显偏小, 推断主要原因是连云港港口实际水深值与海图地形中的水深值相差较大, 造成模拟结果的偏差。模拟的潮流结果与潜标测流资料在上层和中层较接近, 模拟的近底层潮流结构与实测资料相比存在较大偏差, 推断是由于模式的垂直混合系数误差造成的。使用该模式研究了西南黄海M2分潮对模式地形的敏感性, 发现采用海图地形数据和ETOPO5地形数据所模拟的西南黄海潮汐和潮流有显著不同。使用较平滑的ETOPO5地形数据所模拟的结果中, 西南黄海近岸海区M2分潮振幅偏小、相位偏大、潮流偏弱。研究表明, 鲁南海槽的存在增大了海州湾的潮汐振幅, 苏北浅滩对向南传播的潮波起到了阻挡作用。以上两个西南黄海近岸海区地形的重要特征在ETOPO5地形数据中没有被体现出来, 因此造成模拟误差。     

考虑内潮耗散的南海M_2分潮伴随同化数值模拟

建立南海潮波模式及其伴随同化模式,在传统二维潮波方程的基础上加入了内潮耗散项,考虑了内潮耗散对南海潮波系统的影响,在前人工作基础上,改进了内潮耗散参数化方案,并给出内潮耗散项中地形效应参数的计算公式;通过对比,本文的参数化方案比前人参数化方案能取得更为合理的模拟结果。以63个验潮站和24个TOPEX/Poseidon卫星高度计轨道交叉点处的调和常数作为观测值,利用伴随同化方法来优化模式中的底摩擦系数和内潮耗散系数。为了寻求最优的优化方案,设计了7组数值实验。实验结果表明,实验7先优化内潮耗散系数再优化底摩擦系数的模拟结果最优。利用实验7的模拟结果分析了南海M2分潮的潮波特征,与前人结果基本一致。     

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、黄、东海内潮的数值模拟

在全球的海洋中,中国东海和临近海域是最显著的内潮生成地之一。本文采用NODC(Levitus) World Ocean Atlas 1998提供的季平均温、盐资料,计算海水的密度,并计算垂向密度梯度的最大值点,得到一个较符合海水实际的密度分层。使用三维非线性数值模型(将海洋分为2层)研究了潮汐(M2,S2,K1,O1分潮)作用下渤黄东海的内潮,揭示了整个海区内潮起伏的空间分布,结果发现大振幅的波动均发生在台湾东北(冲绳海槽)海域和中国近海地形突变之处,其中前者更显著。对于各分潮模拟得到的表面潮与TOPEX/Poseidon高度计资料基本一致。研究结果表明上层海水的深度和厚度的梯度对内潮有一定的影响;冬季分布区域比夏季小,强度比夏季大。     

东海M2分潮的数值模拟

本文使用一种二维、非线性潮汐模式研究了东海的M_2分潮。所得结果与观测值符合良好。通过对计算结果的分析,给出了该海域潮汐、潮流和潮余流的主要特征。     

基于潮汐逆模型技术对渤黄海正压M_2分潮开边界条件的优化研究:Ⅱ.潮汐特征、潮汐动力学及潮余流

基于该系列文章前文建立的高分辨率数据同化模型系统,研究渤、黄海的M_2分潮的潮汐特征、潮混合、潮余流、潮能及其扩散、潮动量平衡。对同潮图结果的分析表明,渤、黄海内共存在4个无潮点,研究区域内M_2分潮振幅的最大值出现在朝鲜半岛西侧。潮流椭圆的分析结果表明,在35°N附近区域潮流椭圆的旋转方向有着比较突然的改变。朝鲜半岛西侧区域潮流的振幅较大,并且由于该区域地形复杂多变导致朝鲜半岛西侧海域存在着比较强烈的潮混合与潮耗散。对M_2分潮动量分析的结果表明,地形等因素在近海潮汐动力学过程中发挥着比较重要的作用。在渤、黄海内大部分区域,主要的动量平衡基本上介于压强梯度力、局地变化项以及科氏力之间,底应力和对流项都可以忽略不计。但是,线性模型对近海尤其是上述强耗散区内潮波活动的模拟还是存在着缺陷和不足。     

渤、黄海沿岸潮灾性质分析

一、渤、黄海沿岸潮灾的时空分布 自公元1471～1985年间,有史料记载的发生在渤、黄海沿岸的潮灾过程共186次,平均约28年发生一次,潮灾发生时间间隔不一,有的数年连续发生,如1744～1751年续年有灾;其中1749年和1751年每年分别发生4次和3次潮灾,有的则十几年无潮灾记录~([1][2])。 一次暴潮过程因其强度不同所致潮灾的范围、程度也各有差异,大过程潮灾可波及整个渤、黄海区;有的为局部地区发生的潮灾,导致个别县、区受灾。 为便于对本海区沿岸潮灾的时空分布进行统计与分析,现将该区划分为七个区域。它     

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。     

台湾海峡M2分潮的三维数值模拟

本文利用普林斯顿海洋模式对台湾海峡Ｍ２分潮作了分辨率较高的三维数值模拟,在较准确地模拟了潮汐分布的基础上,研究了Ｍ２分潮流椭圆分析,最大流同时线分布,潮流场的水平及垂直结构,最后还给出了Ｍ２分潮余流,余水位的分布。结果表明,Ｍ２分潮最大流同时线在海峡中部同时形成密集区的一个圆流点;构成海峡潮波系统的两股潮波中,南支潮波的影响似超出了以往所构成;最大潮流仅在近海底处急剧减小,最大流方向随深度增加右转     

湛江近海M2分潮的数值模拟

利用潮汐模型,在高分辨率的自适应曲线网格下,采用潮汐调和常数作为控制模拟精度的方法,模拟了洪江附近海域M2分潮的运动特征。模拟所得的潮汐调和常数同实测值相比,误差较小。根据模拟结果绘制的M2分潮的同潮图,揭示了湛江附近海域M2分潮振幅和迟角的分布特征以及M2分潮的传播和发展规律。模拟得到的M2分潮分别在涨憩、落憩、涨急和落急几个典型时刻的流场,揭示了湛江附近海域M2分潮潮流的分布特征及其运动规律。     

渤、黄、东海同化TOPEX/POSEIDON高度计资料的半日分潮数值模拟

使用调和分析方法分析了渤、黄、东海中的TOPEX／POSEIDON沿轨高度计资料，并利用基于最优插值理论的混合法把交叉点处的两个主要的半日分潮(M：和s1)同化到动力模式中。同化结果显示，两个主要半日分潮的分布特征与前人动力模式结果比较一致，在同化高度计资料以后模式结果M2分潮与167个实测站的“距离”为17．2cm，S2分潮为8．9cm，比单纯的动力模式结果精度分别提高14．9％和23．3％。     

基于潮汐逆模型技术对渤黄海正压M_2分潮开边界条件的优化研究:I.模式的建立与验证

建立了一个高分辨率的数据同化模型系统,针对渤黄海潮汐模型开边界进行优化研究。潮汐调和常数提取自沿岸的潮位计或者近海的水位计观测。数据同化系统包含向前积分的正模型和潮汐逆模型,正模型是三维的、有限积分的、非线性的区域海洋模型ROMS,逆模型是三维的、线性的、有限元模型TRUXTON。数据同化系统通过反演正压潮汐边界条件优化结果,最大可能的减少各同化数据源的差异所带来的误差。研究证明,同化结果能有效的减少潮汐开边界水位强迫的误差,模型/观测误差在调整后减小超过50%。基于posterior潮汐开边界重构的M2分潮图同前人的结果一致。     

渤、黄、东海M2和K1分潮潮流场的有限元模拟

使用有限元模式(QUODDY)数值模拟了渤、黄、东海浅水区的M2和K1分潮潮流场。对于M2分潮潮流场,东分量和北分量的潮流调和常数与16个测站观测资料的平均绝对误差分别为8.23 cm/s,23.74°();7.36 cm/s,27.78(°)。对于K1分潮潮流场,则分别为8.39 cm/s,36.48(°);9.40 cm/s,38.04(°)。文中得到的M2分潮流在模拟海区共有9个圆流点(秦皇岛附近1个,莱州湾口1个,山东半岛北部海域2个,黄海北部2个,苏北辐射沙洲的外侧1个,舟山群岛东南海域2个)。K1分潮流在模拟海域也存在9个圆流点(秦皇岛附近1个,莱州湾口1个,北黄海2个,南黄海1个,苏北辐射沙洲的外侧1个,济州岛东南海域3个),其中黄海北部偏北的圆流点(39°25′N,123°05′E)和济州岛东南海域最东南的圆流点(32°50′N,127°50′E)以前未见过报道。     

基于FVCOM的辽东湾潮汐潮流数值模拟

本文基于有限体积海洋数值模式FVCOM,对辽东湾潮汐潮流进行数值模拟,得到了辽东湾的最大可能流速分布以及M2、S2、K1、O1分潮的潮流椭圆分布和潮致余流分布等,计算结果与实测资料符合较好。结果显示,辽东湾潮汐类型为不规则半日潮,潮流类型为规则半日潮流;最大可能流速的分布受水深和岸线等因素的影响,辽河口东侧最大可能流速达140cm/s;辽东湾顶部余流速度较大,在盖州滩以东水道M2分潮潮致余流最大流速达9cm/s,在盖州滩东南侧存在1个逆时针的余流涡,是控制辽河口径流携沙分布的重要动力要素。     

基于FVCOM的钦州湾三维潮流数值模拟

基于采用不规则三角网格和有限体积方法的FVCOM模式,建立钦州湾三维潮流数值模型来重现钦州湾的潮位和潮流变化状况.根据模拟结果计算得到了较以往更为精细的钦州湾K1、O1、M2、S2分潮的同潮图,潮汐最大振幅分别为112、96、50和15cm;最大可能流速的分布基本与等深线一致,龙门港附近最大可能潮流流速可达200cm·s-1;钦州湾的外湾口海域开阔,一般为旋转流,近岸海区及水道、河口等多为往复流,K1和M2分潮流椭圆长轴的分布与地形密切相关,旋转方向均为顺时针,流速极值出现在龙门港区.由潮余流场的分布特点可以看出,钦州湾西槽和中槽的西侧区域是其主要的出水通道,东槽和中槽的东侧区域则是主要的进水通道.     

渤海潮混合数值模拟 Ⅰ.渤海主要半日分潮的数值模拟

渤海为内陆海湾,仅以一海峡与北黄海相通。天体引力作用下的周期性海水运动是渤海海水运动的主要形式之一。因此,研究渤海潮流对污染物稀释扩散,迁移输送的规律是环境保护研究工作中的重要课题。渤海是以半日分潮性质为主的海域。因此本文着重讨论渤海半日分潮的数值模拟问题,以便在此基础上求解扩散方程式,进而得到污染物在主要半日分潮流作用下的空间分布状况。