浅海水域水平扩散系数的推算研究

本文根据拉格朗日流与欧拉流自相关系数的相似关系,用渤中8号平台1987年1月和8月的实测资料,分别推算了水平扩散系数。推算结果表明:研究长时间水平扩散时,把潮流看作湍流,所求的扩散系数实际上是潮流扩散系数,其值在10~6cm~2/s范围内;研究短时间水平扩散时,把潮流看作平流,用富里叶变换的长周期合成值从实测值中扣除,所求的扩散系数消除了长周期潮流部分,可认为是湍流扩散,其值在10~4cm~2/s范围内。     

现场海域水平扩散系数的探讨 Ⅱ．黄河三角洲埕北海域的计算

根据Ｔａｙｌｏｒ的湍流扩散理论和Ｈａｙ、Ｐａｓｑｕｉｌｌ提出的拉格朗日流和欧拉流的相关函数的相似性，用黄河三角洲埕北海域的实测资料，按四种不同方案计算出该海域的水平扩散系数和谱密度分布。指出：该海区潮流扩散系数主要受潮流的影响，其分布特征与潮流的分布基本一致，所求的水平扩散系数主要是由周期性的潮运动给予潮流扰动所致。方案４是通过富氏变换滤波消去了周期性潮流扰动，本方案计算的水平扩散系数是由周期为６ｈ以下的小尺度涡提供能量。     

渤海中部铅直扩散系数的探讨

根据Ｋｕｌｌｅｎｂｅｒｇ的半理论半经验公式，利用渤海中部８号平台的观测资料，选择强风期的２月和弱风期的７月分别代表冬季和夏季，推算了渤海中部海域冬、夏两季的铅直扩散系数。计算结果表明：Ｋｚ值在强风期的２月最大可达５．５ｃｍ２／ｓ；在弱风期的７月跃层中可达０．０２～０．０４ｃｍ２／ｓ。     

广东流沙湾4个测站2个周日潮流观测的准调和分析

采用短期资料的潮流准调和分析方法,对水深为4.4～17.0 m的流沙湾4个测站2个周日潮流观测获得的表、中、底层的潮流资料进行了分析,分别计算了4个测站O1、K1、M2、S2、M4、MS4共6个主要分潮的潮流调和常数,并给出了各观测站位在各层的潮流椭圆要素.计算结果表明：流沙湾主要为日潮流海区,其中湾外为规则日潮流,湾内为不规则日潮流;湾外主要分潮流的北分量一般大于东分量,而湾内主要分潮流的北分量一般小于东分量.观测期间余流的流向主要呈西北向,最大余流流速出现在湾内地形突然收窄处,且在湾内中层余流流速要大于表、底层余流流速.整个海区潮流的可能最大流速表层在57～107 cm/s之间,中层在53～106 cm/s之间,底层在34～98 cm/s之间.流沙湾湾外潮流主要为顺时针的旋转流运动,湾内为带有旋转流的往复流运动.     

夏季黄东海硝酸盐垂向扩散通量的分析

湍流扩散过程导致的硝酸盐垂向输运对海水表层的浮游植物生长和初级生产力的大小有着重要影响。本文基于2018年夏季黄、东海水文环境、硝酸盐浓度和湍动能耗散率的同步、原位数据,分析了海域温度、盐度和硝酸盐的空间分布特征,结果表明营养盐含量丰富的黄海冷水团、长江冲淡水、东海北部底层混合水与黑潮次表层水是影响研究海域硝酸盐分布的主要水团。利用垂向湍扩散硝酸盐通量公式,计算了三个选定断面上的硝酸盐垂向扩散通量,其高值区与湍流扩散系数的高值区的位置基本一致。针对存在明显硝酸盐跃层的站位,计算得到跨硝酸盐跃层的垂向通量F_ND的范围在-9.78—36.60mmol/（m²·d）之间,在黄海冷水团区,夏季温跃层限制了该区营养盐向近表层的湍流垂向扩散;东海北部底层混合水区,湍流垂向扩散向上层补充了大量硝酸盐,促进了跃层之上浮游植物的生长;黑潮次表层水影响海区,夏季中层水体混合较弱,跨跃层的垂向通量也普遍偏低。开展硝酸盐垂向扩散通量的计算与分析,对进一步明确营养盐的输运机制有着重要研究意义。     

洋浦港附近夏季潮余流特征分析

通过设置在洋浦外面12m等深线处锚定浮标,在2006年7月进行1个月的表、中、底层海流连续观测,通过资料分析得出如下结论:受北部潮流无流点影响,涨落潮方向基本指向北-东北方向,实测流速最大也只有37cm/s;表、中、底层的余流流向基本一致,在18～22°之间变化;表层余流流速在3～17cm/s范围内变化,变化幅度较大,中层次之,底层最小;余流流速有2个近似半个月的变化周期,流速起伏与潮位高低有很好对应关系;潮汐余流是这个海域余流形成的主要机制,风对余流流速流向也有一定影响.     

北仑河口潮流和余流特征分析

北仑河口水动力状况复杂,受入海径流、潮汐、波浪、沿岸流、风应力等多种因子的共同影响.对北仑河口S1、S2站长序列的海流剖面资料进行数学统计、潮流调和分析和数字滤波,探讨其潮流特征和余流形成机制.分析结果表明:北仑河口潮流性质主要为不规则全日潮流;观测期间S1站实测涨、落潮最大流速分别为39、83 cm/s,S2站分别为52、44 cm/s.研究海域余流流速从表层往底层逐渐减小,其中S1站余流流速主要介于5～10 cm/s之间,流向集中在S-SW向,S2站主要介于0～5 cm/s之间,表、中层以NNE-ENE向为主,底层以偏W向为主.风应力是调查区表层与近表层余流形成的主导因素;西向沿岸流对调查区的余流也有较明显的作用;径流对调查区的S1站有一定的影响,但对S2站影响很小;潮致余流对调查区的余流贡献较小.     

基于FVCOM的泉州湾海域三维潮汐与潮流数值模拟

基于FVCOM海洋数值模式,采用非结构的三角形网格和有限体积法,建立了泉州湾海域高分辨率(26 m)的三维潮汐、潮流数值模型。模拟结果同2个验潮站和3个连续测流站的观测资料符合良好,较好地反映了泉州湾内潮汐、潮流运动的变化状况和分布特征,给出了M₂、S₂、K₁、O₁ 4个主要分潮的同潮图、表层潮流椭圆分布,以及模拟区域内最大可能潮差、表层最大可能潮流流速和潮余流分布。分析表明,4个分潮的最大潮汐振幅和迟角差分别为219 cm和19°,85 cm和25°,26 cm和12°,26 cm和9°;石湖港以东海域的潮波为逆时针旋转的驻波,以西海域为前进波;最大可能潮差由湾口的8.0m向湾内增加至8.8 m。湾内潮流类型为规则半日潮流,落潮最大流速大于涨潮最大流速,北乌礁水道为强流区,表层最大可能潮流流速为2.4 m/s;湾口潮流运动以逆时针方向的旋转流形式为主,湾内的潮流运动以往复流形式为主,长轴走向主要沿着水道方向,与等深线和海岸线平行;四个分潮流表层最大流速分别为1.4 m/s,0.58 m/s,0.12 m/s,0.10 m/s。余流流速大小与潮流强弱有密切的联系,表、中、底层最大余流流速分别为26 cm/s,20 cm/s,16 cm/s,三者在水平方向基本呈北进南出的分布形态。     

后水湾网箱养殖区五测站两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,对后水湾网箱养殖区五测站两周日海流观测获得的表、中、底层海流资料进行了分析,计算了五测站O1、K1、M2、S2、M4、MS46个主要分潮的潮流调和常数,并给出了各测站在各层的潮流椭圆要素。计算结果表明:后水湾主要为日潮流海区,从最北的海区边缘向湾内靠近避风锚地,潮流性质由不规则全日潮流变为不规则半日潮流;从湾口到湾内,各分潮北分量基本以全日潮流K1为主,其次为全日潮流O1和半日潮流M2,主要分潮的振幅逐渐降低,且越靠近湾内,浅水分潮的作用越大;各分潮东分量仍以全日潮流为主,但半日潮流的作用增大,可以达到与全日潮流相当的作用。观测期间最大余流值基本出现在中层,且处于两个开边界的F1和F5站位的余流值明显大于其它站位;各站位的表层余流基本指向西北-北-东北向,即朝向湾外;而中、底层余流基本指向西南-南-东南向,即朝向湾内,通过上、下层海水的运动,海区内物质最终可以向湾外输运。整个海区可能最大流速表层在29~70 cm/s之间;中层在43~62 cm/s之间;底层在30~47 cm/s之间。表层海水基本为逆时针的旋转流运动;而中、底层海水由于一直受到邻昌礁的约束,基本为往复流运动。     

洋山港区动力泥沙过程研究—兼论北岛链汊道封堵的影响

于 2006 年 4 月 8 - 17 日、8 月 9 - 16 日和 2007 年 1 月 13 - 25 日在杭州湾口的洋山港海域一固定观测点(平均水深约 15 m)用"海床基海洋环境自动监测系统"观测了潮位、波浪、潮流、近底悬沙浓度等要素.结果表明:( 1)研究区波浪较弱,平均有效波高为 0.53 ～ 0.65 m,常风条件下波高受水深控制,而强风天气时波高受风速控制.( 2)港区潮流较强.最大流速为 238 cm / s,观测期间平均流速在中、上层均 > 80 cm / s,而在近底层<40 cm / s.潮流以离底 4.7 ～ 5.7 m 为分界层,分界层以上以落潮流占优势,分界层以下以涨潮流占优势.涨、落潮流流向分别在 310°～ 320°和 130°～ 140°之间,涨、落潮主流比洋山港工程前向右偏转约 20°.( 3)余流流速由底层向表层递增,上层和表层均大于 10 cm / s,中、下层为 4 cm / s左右;余流流向,底层约为 322°,2.7 ～5 .7 m 层为 56°～ 85°,6.7 m 以上为 103°～ 166°.( 4)2006 年 4 月小潮和 8 月大潮平均悬沙浓度分别为 0.81 kg / m3 和1.46 kg / m3.悬沙浓度涨潮大于落潮,涨急时悬沙浓度最高.     

渤海、黄海、东海M2潮汐潮流的三维数值模拟

利用建立的一种新的半隐半显三维数值格式,将渤海、黄海、东海作为一个整体,采用球面坐标系下的三维潮波方程组,考虑了引潮力的作用,数值模拟了渤海、黄海、东海的M₂分潮的潮汐与潮流,结果较好地体现了渤海、黄海、东海M₂分潮的特征.通过比较65个验潮站的实测值与计算值,所得计算结果的振幅差平均为6.4cm,相角差为6.1°,计算与实测符合良好.本文给出的问潮图与Fang于1986年给出的实测占数值综合结果基本一致.对选取的47个测流站,比较了各层潮流调和常数Ucosζ、Usinζ、Vcosη、Vsinη的计算值与实测值的偏差,偏差绝对值的平均在2.6～4.9cm/s之间.并比较分析了潮流的垂直结构,所得结果与实测符合较好.首次揭示出回流点的水平位置不随深度变化这一特性.最后给出了M₂分潮的潮能消耗.     

McCreary和Fickian湍扩散形式差异的分析

用矩阵方法,求解McCreary和Fickian铅垂向湍扩散形式下,无界海洋条件时在风应力和深层浮力作用下的线性解。得出不同的湍扩散系数A情况下McCreary与Fickian湍扩散形式的流场结构。指出随湍扩散系数的增加,McCreary和Fickian湍扩散形式下u分量结构及其量值差异增大。在Fickian湍扩散形式下,能量穿越密度跃层的传递能力较强。当A=0.1cm~2s~(-3)时,在风应力和深层浮力作用下两种湍扩散形式造成流场的差异很小。提出在小湍扩散系数下,用McCreary湍扩散形式研究热带海洋环流,其结果和Fickian形式应相当一致。     

珠江河口底边界层湍流特征量研究

通过高频流速仪ADV和脉冲相干声学多普勒剖面仪PC-ADP对珠江河口崖门底边界层进行了三个测次潮内(25 h)顶点连续观测,利用观测数据计算分析了潮流底边界层内的湍流特征量及其时空变化.结果表明:1)对于半日潮流占优的河口,各湍流特征量均具有明显的四分之一周日的变化规律;2)湍流强度、床底应力和摩阻流速在潮内的平均值以位于河口湾的测点所测值最大,依次向上游递减,而湍动能耗散率则沿河口湾至上游逐渐增大;3)三个测次边界层内涡动粘滞系数的平均值分别为2.42×10 -3 m 2/s、2.20×10 -4m 2/s和6.16×10 -4 m 2/s,拖曳系数的均值为7.89×10 -3、1.63×10 -3和1.99×10 -2,两者潮内的变化均非常显著,相差可达一到两个数量级;4)在充分混合的潮流底边界层内,湍动能生成与耗散基本处于局部平衡状态,三个测次湍动能耗散率均值在8.89×10 -5 W/kg～7.43×10 -6 W/kg之间.     

洋浦港附近冬季潮、余流特征分析

洋浦是典型的日潮区,潮型判别系数是7.32;最大潮流流速都出现在涨潮的北向流中,最大潮流速度为70cm/s.余流的表、中、底30d平均流向依次为188(°)、153(°)和95(°).表、中、底30d平均余流流速值依次为8.7、8.5和4.1cm/s.冬季余流的形成,主要受北部湾风生环流控制.     

南极普里兹湾海域湍流扩散系数估计

基于Thorpe尺度方法,利用CTD数据,计算了南极普里兹湾海域的Thorpe尺度和湍流扩散系数,分析了观测区域(64°～69°S,66°～80°E)湍流翻转现象的强弱及分布。结果表明,在海底和地形粗糙区存在较大的Thorpe尺度(较强湍流翻转)和湍流扩散系数,湍流扩散系数最大值能达到10^-2m²/s量级,比平坦开阔海洋高2～3个数量级,部分观测站位的湍流扩散系数和湍动能耗散率表现出大-小-大的垂向分布结构,总水深较深的区域尤为明显;深水区域的浮力频率在海表面到500 m层比较大,浅水区域该现象不明显;湍动能耗散率在(67.25°S,73°E)周围和经度为78°E的各站位都表现相对较大,能达到10^-6 w/kg量级,个别站位甚至能达到10^-5 w/kg量级。     

北黄海定点连续观测站海流资料分析

本文利用2009年6月至11月期间的ADCP海流资料,研究了獐子岛附近一个固定观测点处的时间平均流及潮流特征。结果表明,该海区的平均流大致沿等深线方向,从黄海流向渤海,整个观测期间纬向平均流大于经向平均流,经向1m宽度范围内的纬向净水体输运量为0.67m3/s,而纬向1m宽度内的经向净水体输运量为0.16m3/s;垂向上可以15m和47m为节点分为三层,15m大致为温跃层深度,而47m以下为底摩擦影响显著的范围。夏季的温盐层化结构对于余流的垂直分布存在显著影响。潮流调和分析表明,该海区的潮汐类型为正规半日潮,M_2和K_1分潮在整个深度范围内的平均振幅分别为27.9cm/s和9.2cm/s,半日潮流由表及底均为旋转流,而全日潮流更趋向于往复流。在垂向上,各个分潮的潮流椭圆均随深度发生小幅度的旋转,半日潮流椭圆随深度逆时针旋转,倾角变化小于30°,全日潮流椭圆随深度顺时针旋转,倾角变化小于40°。潮流在近底层受到底摩擦的影响十分显著,其中全日潮流受到底摩擦的影响较半日潮流大。本次观测是进一步研究北黄海区域潮流、近惯性流动与水体交换输运的直接参考,其结果加深了对该区域流场特性的认识和理解。     

山东半岛东北部海洋牧场海域冬季海水流动的时空分布特征

为丰富山东半岛近岸海洋牧场海域水动力环境研究,本文利用2019年12月3日至2020年1月1日在山东半岛东北部4个海洋牧场获取的海流资料,应用功率谱分析、调和分析、余流主轴分析和相关分析,探讨冬季各海洋牧场的潮流、余流特征及其影响机制。结果表明:(1)各海洋牧场潮流由M2分潮潮流主导,受地形边界限制,各主要分潮潮流均为往复流,且潮流椭圆主轴平行岸线。(2)不同海洋牧场呈现不同的余流特征和影响机制。烟台安源海洋牧场余流大致垂直于岸线流向近岸,平均流速约为0.9～1.7cm/s;日平均流以经向流为主,与经向风呈显著正相关,海水受北风强迫在近岸堆积。威海瑜泰海洋牧场余流大致垂直于岸线流向外海,平均流速约为1.4～1.7 cm/s;日平均流亦以经向流为主,与经向风呈显著负相关,表层海水受北风强迫向近岸堆积,在近岸产生下降流,海面以下存在北向的离岸流。威海西港海洋牧场余流为东南向,平均流速约为2.5～3.0 cm/s,日平均流具有较为显著的正压性。荣成楮岛海洋牧场余流为东北向,平均流流速约为5.6～9.9 cm/s,日平均流表明海水沿桑沟湾南岸流出海湾,推测桑沟湾海水在湾内逆时针流动。研究成果利于进一步研究山东半岛邻近海域动力环境的多尺度时空变化特征及其影响机制。     

辽东湾中部西岸浅水海域冬季实测海流分析

2015年12月在辽东湾中部西岸浅水海域进行了8个站、连续半个月的坐底ADCP海流剖面观测,通过对分层潮流和余流分析,得到该海域的海流特征如下:1)实测海流以潮流特征占主导,潮流特征为规则半日潮流,优势分潮为M2;M2椭圆长轴大小为25~50 cm/s、方向多为NE-SW向,具有显著的往复流特征。2)观测期间的平均余流为1~10 cm/s,方向多为SW向,平均余流在水平和垂向上的空间差异明显,日均余流波动剧烈;表层余流方向与局地风向具有很好的同步一致性,且距岸较近站位的表层余流受风影响更大;中、底层余流与风的相关性较差。本文得到的余流方向不支持冬季辽东湾北部的边界顺时针环流的存在。     

广西近岸海域潮流数值模拟

采用有限元三角形网格的分步杂交方法,建立了广西近岸海域的二维潮流数值模型,计算值与实测资料符合较好。采用主要分潮组合输入,模拟了研究海域的平均潮潮流场。模拟结果表明:涨急时,潮流向为东北方向,最大涨潮流速为74cm/s左右;落急时,潮流向为西南方向,最大落潮流速约100cm/s,落潮流速大于涨潮流速。近岸区域潮流为往复流,离岸边越远潮流越接近旋转流。     

基于地波雷达观测资料的烂沙洋海域表层海流特征研究

利用江苏如东海域地波雷达获得的长期的海流观测资料对烂沙洋海域表层海流特征和余流特征进行了分析。资料分析结果表明:本海域表层海流总体上呈西北-东南向,海域潮流动力较为强劲,各月最大流速介于125~150 cm/s;各月涨潮平均流速介于39~63 cm/s,落潮平均流速介于37~64 cm/s;表层潮流为正规半日潮,M2分潮为最主要分潮,潮流为往复流;东西向潮流流速大于南北向,东西向潮流最大流速为114 cm/s左右,南北向潮流最大流速为62 cm/s左右;该海域余流基本上呈现西向-南向流动,逐时余流方向频率方向为S向或SSW向。