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。     

Evaluation of tidal error in altimetry data in the Asian marginal seas

The magnitude and geographical distribution of the error in the Archiving, Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic data (AVISO) altimetry data associated with tidal correction around Asian marginal seas has been revealed. The errors were evaluated by harmonic analysis of the AVISO corrected sea surface heights data (CorSSH). Errors of more than 15 cm of tidal correction were recognized in the western and northern parts of the Yellow Sea, Celebes Sea, Kuril Islands, and the northwestern part of the Okhotsk Sea. It was found that the CorSSH and sea level anomaly (SLA) data downloaded from the AVISO are not available for direct use in those marginal seas. To reduce the tidal correction error, the harmonic constants calculated from the latest tide model and regional tide model were applied as the tidal correction of the Altimetry data. The tidal errors in the Yellow Sea and the northwestern part of the Okhotsk Sea were reduced by approximately 20 cm and 10 cm, respectively. Root mean square differences between the harmonic constants derived from tide models and those derived from altimetry data were calculated. The root mean square differences were large in the Yellow and the Okhotsk Seas. Root sum squares for four principal tidal constituents in the Yellow and East China Seas and Okhotsk Sea were 7.72 cm and 8.36 cm, respectively.     

东海三定点周日海流观测的准调和分析

应用短期资料的潮流准调和分析方法,对东海三定点测站获得的表、中、底3层的25h连续海流资料进行了分析,计算了3测站O1,K1,M2,S2,M4,MS4 6个主要分潮的北、东分量潮流调和常数,并给出了各测站在各层的潮流椭圆要素。计算结果表明：该海区潮流属于正规半日潮流性质,半日分潮流的北分量大于东分量,呈现旋转流的性质,按顺时针向旋转。分析结果也反映出表层、中层的浅水分潮在观测海流中所占的份额高于底层的浅水分潮。结果有助于了解该海区的潮流性质并为潮流数值模拟提供校验实测数据。通过与同期获得的悬浮物浓度剖面数据的比对,将有助于研究潮流与该地区悬浮泥沙浓度分布之间的关系。     

渤黄东海潮能通量与潮能耗散

利用同化高度计资料和沿岸验潮站资料对潮汐数值模式进行同化,根据同化后的数值模式结果,对渤黄东海中的潮能通量和潮能耗散进行了研究.M2分潮从太平洋进入渤黄东海的潮能为122.499GW,占4个主要分潮进入总量的79%.黄海是半日分潮潮能耗散的主要海区.全日分潮则主要耗散在东海.全日分潮在遇到陆坡的阻挡以后有一部分潮能沿着冲绳海槽向西南传播,并有一部分潮能反射回太平洋,其中O1分潮通过C3断面反射回太平洋的潮能,约占其传入东海潮能的44%.     

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。     

全球大洋潮汐模式在北印度洋潮汐预报准确性的评估

为评估DTU10、TPXO8、GOT00.2和NAO.99b 4个全球大洋潮汐模式对北印度洋潮汐的预报能力,采用英国海洋资料中心提供的海区中部和沿岸站潮汐调和常数资料,检验了这些模式4个主要分潮(M_2、S_2、K_1、O_1)的准确度。它们的各分潮调和常数资料准确度都比较高,振幅绝均差的最大值仅5.61 cm,迟角绝均差的最大值仅9.13°。这些模式的调和常数给出潮波传播特征差别不大。基于这些模式提供的调和常数,分别建立了北印度洋4、8和16分潮潮汐预报模型,将预报结果与中国海事服务网提供的沿岸24个站潮汐表资料进行对比。各模式的8分潮(M_2、S_2、N_2、K_2、K_1、O_1、P_1、Q_1)潮汐预报模型均优于4分潮(M_2、S_2、K_1、O_1)潮汐预报模型,NAO.99b模式可以提供16分潮(M_2、S_2、N_2、K_2、K_1、O_1、P_1、Q_1、MU_2、NU_2、T_2、L_2、2N_2、J_1、M1、OO_1)潮汐预报模型,但是对预报结果改善不明显;在各模式中,GOT00.2模式的8分潮潮汐预报模型对北印度洋沿岸的预报效果最好,平均绝均差为14.97 cm。     

中国海域潮汐非调和常数的计算与分析

联合利用中国沿岸长期验潮站实测资料和全球海潮模型NAO.99b在中国海域的结果,进行潮汐非调和常数的计算.分别对渤海、黄海、东海和南海进行分析,结果表明,中国海域潮汐类型复杂,渤海、黄海、东海以半日潮性质为主,南海以日潮性质为主;渤海、南海平均大潮差多分布在0.42～2.09 m,平均小潮差分布在0.27～1.33 m,东海、黄海平均大潮差多分布在1.12～4.44 m,平均小潮差多分布在0.41～2.41 m;渤海、黄海平均大潮高潮位分布在0.48～1.77 m,东海在0.42～2.41 m,南海在0.21～1.35 m;渤海、东海以及南海北部浅海海域潮高日不等现象显著.     

全球垂向位移负荷潮模式在渤海、黄海、东海及周边区域的准确度评估

本研究利用渤海、黄海、东海及周边区域21个GPS站的调和常数资料,对5个全球垂向位移负荷潮模式(FES2014、EOT11a、GOT4.10c、GOT4.8和NAO.99b)在渤海、黄海、东海及周边区域的准确度进行了评估。结果表明,在渤海、黄海、东海及周边区域,对于M₂分潮,FES2014和EOT11a模式结果准确度相对较高;对于S₂分潮,NAO.99b和EOT11a模式结果准确度相对较高;对于K₁分潮,EOT11a和FES2014模式结果准确度相对较高;对于O₁分潮,EOT11a和GOT4.8模式结果准确度相对较高;对于N₂分潮,EOT11a和FES2014模式结果准确度相对较高;对于K₂分潮,NAO.99b和FES2014模式结果准确度相对较高;对于P₁分潮,EOT11a和GOT4.8模式结果准确度相对较高;对于Q₁分潮,FES2014和EOT11a模式结果准确度相对较高。除此之外,本文还简单分析了渤海、黄海...     

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.     

南沙及其西南海域的潮波系统

不同研究者所给出的南沙及其西南海域的同潮图历来有很大差别。为了给出更准确的同潮图，本文采用沿岸和岛屿200多个验潮站的调和常数给出了M2，S2，K1和O1四个主要分潮新的同潮图，同时还探讨了这些分潮之间的关系。研究表明，M2和S2在泰国湾的期波系统很相似，但在卡里马塔海峡和爪哇海差别相当大。M2潮波基本上属于驻波性质，而S2潮波则具有向西传播特征。在某些区域，如望加锡海峡的部分区域，S2的振幅可以超过M2。泰国湾中K1和O1的潮波系统也相类似。在卡里马塔海峡，这两个潮波都向南传播，但在爪哇海，O1潮波继续向东传播而K1潮波则倒过来向西传播。     

一个东海潮汐数值模式及检验

为验证一个东海潮汐数值模式结果的精度并了解我国东海区域的潮汐特征。该文使用T_TIDE对东海大桥南和洋山站的潮汐资料进行调和分析, 并针对所研究区域最主要的8个分潮: M₂、S₂、K₁、O₁、N₂、K₂、P₁、Q₁分别对比两站实测数据与模式结果的调和分析结果。结果表明: 两站点的模式结果和观测海表高度的均方误差D与潮汐产生的海表高度变化V的比值为25.99%和25.29%, 模式结果计算所绘制的M₂和K₁分潮的同潮图与前人研究结果在无潮点的位置、同潮时线、等振幅线的分布和趋势上相似。这说明了使用时间长度相同但年份不同的实测数据验证潮汐数值模式结果的可行性, 并能够帮助了解我国东海区域的潮汐特征。     

AN ANALYSIS OF THE ASTROMETEOROLOGICAL CONSTITUENTS OF TIDE IN THE BOHAI SEA

Seasonal variations in tidal harmonic constants are found to be significant in shelf seas and can be represented by adding a series of astrometeorological constituents (AMC) to the astronomical constituents (AC). The relation of AMC and corresponding AC to their resultant constituents (RC) is examined and the seasonal variation of RC is described by modulation ellipses. The values of AMC in the Bohai Sea are calculated and the major features of AMC in the Bohai Sea are analyzed. The dynamic factors which cause AMC are examined by means of numerical experiments.     

考虑底摩擦与岛屿影响的渤海潮波计算──渤海潮波计算中对不同形式的方程、底摩擦及岛屿处理之比较

采用二维非线性或线性潮波微分方程和三种不同底摩擦形式，在考虑岛屿或忽略岛屿（线性平滑）两种情况下，分别对渤海单个Ｍ２、Ｓ２、Ｋ１、Ｏ１分潮进行了数值计算。得出了这４个分潮在不同情况下的同期时线和等振幅线图及在部分站位上的调和常数值。计算表明，对渤海Ｍ２、Ｓ２、Ｋ１、Ｏ１单个分潮进行数值计算时，非线性方程中浅水和对流非线性项存在或不存在，对计算结果几乎没有影响，亚网格尺度岛屿对计算结果的影响并不大。用实测资料检验并与已有研究结果比较得出：由于水深过浅，底摩擦形式取非线性比取线性好；忽略尺度比网格尺度小得多的岛屿所得结果更合理，计算也更方便。     

渤黄海潮汐潮流精细化数值模拟及可视化预报系统

利用有限元海洋模式ADCIRC (Advanced Circulation Model),建立了高分辨率的渤黄海二维潮汐潮流数值模型,该模型以M2,S2,K1,O1等8个分潮的水位作为驱动,模拟出了该8个分潮的潮汐潮流调和常数;利用该调和常数预报的潮位和二维平均潮流与实测资料相比,符合较好;利用模拟得到的潮汐潮流调和常...     

A numerical study of a tide with four harmonic constituents at the open boundary

The tidal current in Kagoshima Bay is simulated by the two-dimensional subdomain finite-element method. At the open boundary, the sea level is forced to be oscillatory with a linear combination of the four harmonic constituents (M2, S2, K1, O1) of the tide. A calculation having only M2 sea level at the open boundary is also performed and the harmonic constants of M2 are compared with those calculated by the four components.In the calculated velocity vector, a large difference between the two maxima or the two minima in one day appears when the vector is directed to the open sea. On the other hand, when it is directed into the bay, the two extreme velocities are almost equal. In tide-killer residual flow, the flow pattern is almost independent of the tidal age; however, the absolute value of the current velocity depends on the tidal age. The pattern is nearly the same as that calculated by giving only M2 sea level at the open boundary.In relation to the nonlinear interaction, the kinetic energy ratio KER is defined by the ratio of kinetic energy of the induced harmonic components to that of harmonic constituents given at the open boundary. KER is large where the tidal current is disturbed by obstacles,e.g. along the west coast at the mouth of the bay and in the southern sea of Mt. Sakurajima. The distribution of KER seems to be independent of the number of harmonic constituents (one or four) given at the open boundary. The difference of kinetic energy of the M2 tidal constituent between the two calculations.i.e. with the open boundary conditions of four components (M2, S2, K1, O1) and of a single component (M2), is found to be large where the current velocity is large.     

基于局部时间步长方法的潮流数值模型研究及应用

为了准确快速地模拟潮流过程,将局部时间步长(LTS)方法应用于基于黎曼近似解通量——有限体积法的浅水模型。LTS方法和传统整体最小时间步长方法的计算性能对比表明,两种方法的计算结果定量差异远小于模拟值与实测值之间相对误差;但由于LTS方法对每个网格采用了与稳定性条件相适应的尽可能大的时间步长,计算效率大幅度提高。本模型计算所得渤海、黄海、东海的潮流传播过程、潮汐调和常数的空间分布、无潮点位置,以及长江口和杭州湾区域的潮流过程与已有认识和实测资料吻合良好。     

不考虑局地引潮势的南海正压潮能通量与潮能耗散

利用ECOM模式模拟南海正压M2、S2、K1、O1分潮, 对南海潮能通量及潮能耗散进行研究.结果显示, M2、S2、K1和O1分潮分别有38.93、5.77、29.73和28.97GW的能通量经吕宋海峡传入南海, 并有2.42、0.36、8.67和7.86GW的能通量由南海经卡里马塔海峡传入爪哇海.由东海及吕宋海峡西北部传入台湾海峡的M2分潮能通量为25.28GW.半日潮进入北部湾和泰国湾的能通量较少(6.52GW), 全日潮则较大(24.74GW).通过民都洛和巴拉巴克海峡断面, 全日潮由南海向苏禄海共输送12.28GW的能通量, 而半日潮则由苏禄海向南海输送1.92GW的能通量.由模式输出结果估计得到的南海各局部海域的底摩擦耗散与净潮能通量存在差异, 为使二者平衡, 可对南海不同海域的底摩擦系数进行调整.依净潮能通量与底摩擦耗散平衡关系计算得到台湾海峡、北部湾、泰国湾及南海深水海域的底摩擦系数分别为0.0023、0.0024、0.0023和0.0021.     

调和常数及深度基准面的变化与历元订正

分析和验证了黄海沿岸部分长期验潮站M2分潮振幅的线性变化趋势及深度基准面L值增大趋势,发现了长周期分潮调和常数不稳定性对深度基准面确定的影响。研究表明,在剥离了深度基准面变化趋势后,由年观测数据分析结果确定的深度基准面可达到厘米级的精度水平,而由月分析结果确定的深度基准面存在周期性变化,其深度基准面不宜直接计算确定。论证了对潮汐调和常数附加历元信息的必要性和基本方案。通过研究得出对统一深度基准建立的指导性结论。     

中国近海验潮站长期观测资料的潮汐调和分析

对我国近海厦门、大连、北海、连云港、坎门、汕尾、东方、海口、香港北角、名濑、那霸、吕四、闸坡、石臼所共14个验潮站多年潮汐资料进行了分析。对1 a调和分析结果中的8个分潮(Q1,O1,P1,K1,N2,M2,S2,K2)进一步进行了分离,得到各分潮的调和常数,并和1 a潮汐调和分析中的假定值进行了比较。结果表明,有些分潮存在较大误差。用19 a分析所得的调和常数代替传统1 a分析的假定值,能够提高潮汐分析和预报精度,减小误差。     

黄海的风、潮混合特征及其对冷水团边界的影响

本文第一作者早在1985年就提出,潮混合效应控制着夏季黄海冷水团的边界及海面冷水分布(赵保仁,1985)。1987年又进一步通过水文调査资料和卫星图片给出了黄海周围的浅水陆架锋(或称潮汐锋)的分布及强锋区的跨锋断面中的温度、盐度和坏流结构特征,并指出夏季的黄海沿岸流在性质上属沿锋面运动的强流(赵保仁,1987a,b),而后又对黄海西部的陆架锋进行了一次专门调査(赵保仁等,1991)。此外,他还指出黄海的强温跃层的形成和转移现象也与潮混合现象密切相关(赵保仁,1989)。因此,研究潮混合现象对阐明发生在黄海的多水文物理现象都是至关重要的。 为深入了解黄海的潮混合特征,作者把渤海、黄海和东海作为一个整体完成了一次精度较高的潮汐、溯流数值计算,在潮汐、潮流的分布方面,揭示了前人尚未阐明的一些特征。本文根据这些数值结果,计算了近最大潮流流速和层化参数,阐明了渤海、黄海和东海的潮混合特征及其对降温期黄海冷水团分布变化的影响。此外,还用 Sim pson等人(1981)的能量模式计算了南黄海西部的风、潮混合效率。