南海潮汐主要分潮振幅变化趋势研究

潮汐变化研究对于海洋工程、沿海地区洪涝灾害预防、海上交通等各个方面都有着重要的意义。由于验潮站都集中在近海,所以之前潮汐变化研究主要集中在近海海域。相比之下,深海地区由于长期高频水位观测的缺乏导致相关的潮汐变化研究非常少。基于近海验潮站数据和深海卫星高度计数据,本文首次用非平稳潮汐调和分析工具包S_TIDE提取了南海4大主要分潮(M₂、S₂、K₁、O₁)振幅的长期趋势。研究发现在南海大部分地区,4大主要分潮的振幅都是比较稳定的,不存在显著的上升趋势或下降趋势。在南海少部分地区4大主要分潮的振幅存在显著的趋势,最大的上升趋势可达2.91 mm/a,最大的下降趋势可达3.50 mm/a。该海域潮汐的长期趋势可能与内潮海表面信号的变化有关。卫星观测到的潮汐既包含正压潮,也包含内潮海表面信号。南海作为全球内潮活动最活跃的海域之一,其内潮海表面信号是非常显著的。而内潮对海洋层化的变化是非常敏感的,海洋层化的变化会影响内潮的生成、传播和耗散以及内潮在海表的显示,最终引起该海域潮汐振幅的长期趋势。     

江苏近岸海域水位变化特征分析

基于江苏沿海连云港、吕四两个测点的验潮站多年的观测资料以及AVISO卫星高度计资料,利用统计分析方法和潮汐调和分析方法研究江苏沿海地区的海洋水位变化特征。结果表明:江苏沿海海平面和潮差均呈上升趋势,海平面上升速度达3.35 mm/a,高于全球和区域海平面的上升速度;对采样间隔为1 h的潮位连续观测数据作调和分析,各验潮站主要半日分潮的振幅呈上升趋势,全日分潮的振幅呈下降趋势,S_a分潮的周期性变化与El Nino现象有关。     

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。     

一种建立南海浅海海域高精度潮汐模型方法的研究

针对应用高度计数据建立的海潮模型在浅海海域精度较低的现状,提出采用移去-恢复技术联合利用19a T/P、Jason-1卫星原始轨道、变轨轨道高度计数据建立南海浅海海域高精度潮汐模型的方法。处理卫星高度计数据时以平均海平面为基准面,按纬差0.1°间隔采用沿迹分析提取南海海域原始轨道2 184个正常点和变轨轨道1 626个正常点;分别对原始轨道、变轨轨道正常点进行调和分析以及响应分析,得到潮汐主要分潮调和常数;进一步建立网格潮汐模型,讨论了不同分辨率潮汐模型的精度差异。基于验潮站数据集结果运用移去-恢复技术对所建潮汐模型进行改进,改进后潮汐模型4个最主要分潮O_1,K_1,M_2和S_2的RMS分别提高至7.76,9.40,13.86和8.51cm,RSS达到20.32cm,表明移去-恢复技术能够明显改善潮汐模型在浅海海域的精度。     

基于18.6年卫星高度计资料对南海潮汐的分析与研究

利用TOPEX/Poseidon,Jason-1/2共18.6年卫星高度计资料(含变轨后资料),采用最小二乘调和分析法,提取南海12个分潮(Sa,Ssa,Mm,Mf,Q1,O1,P1,K1,N2,M2,S2和K2)调和常数,与沿岸及岛屿58个验潮站数据拟合较好。结果表明,采用更长时间序列的卫星高度计数据,尤其是增加变轨后的资料,分析所得结果得到明显改善。结合沿岸及岛屿264个验潮站数据,绘制4个主要分潮(M2,S2,K1和O1)的等振幅线和同潮时线,较好的展现了南海潮汐分布特征。     

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。     

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。     

基于观测数据的2003?2014年北冰洋海平面时空特征

本文对比了3个不同机构提供的北冰洋月均高度计数据,发现英国极地观测与建模中心和丹麦科技大学空间中心两套数据比较一致且空间覆盖率高,适用于北冰洋海平面变化研究,而前者在数据分辨率、平滑性和与验潮站的符合程度方面均更优。对高度计和验潮站数据的分析表明,北冰洋海平面的气候态特征表现为加拿大海盆的高值和欧亚海盆的低值之间形成鲜明对比;海平面的变化以季节变化和北极涛动引起的低频变化为主,加拿大海盆的季节和年际振幅均较大,俄罗斯沿岸海平面季节变化显著。2003?2014年,北冰洋平均海平面呈上升趋势,其中加拿大海盆海平面上升最快,而俄罗斯沿岸海平面有微弱下降趋势。加拿大海盆和俄罗斯沿岸由于海冰变化显著,不同高度计产品以及高度计与验潮站数据之间差别较大,使用时需慎重。     

印度尼西亚近海潮汐潮流的数值模拟

利用FVCOM海洋数值模式计算了印尼近海的M2,S2,K1,O1分潮的分布,计算范围从20°S～20°N,90°～150°E,计算网格分辨率在印尼海域岛屿平均为1/12度,在大陆边界平均为1/5度,在开边界平均为1/2度.计算结果与104个TOPEX/Poseidon卫星高度计交叉点数据和79个验潮站数据进行比较,符合良好;与高度计交叉点比较,M2分潮振幅的均方根差为6 cm,迟角为7°;S2分潮的振幅偏差为3 cm,迟角偏差为8°;K1分潮振幅的偏差为6 cm,迟角偏差为10°;O1分潮振幅偏差为3 cm,迟角偏差为10°.根据计算结果给出了4个分潮的潮汐、潮流、潮余流和潮能通量密度分布图.     

福建近海海平面变化研究

利用福建沿海几个主要验潮站数据与法国空间局(CNES)AVISO多卫星融合资料分析了福建近海及其周边海域海平面的时、空变化特征及主要模态,并简要分析福建近海海平面变化趋势.得到如下结论:近54a(1960~2013年)福建沿海相对海平面上升约2 mm/a,福建沿海海平面变化存在显著的季节变化和2~3a及6~8a的年际变化特征,这与ENSO和长周期天文分潮的变化周期较为吻合;对比同期卫星高度计资料和潮位站资料(1993~2012年)发现,卫星高度计与潮位站分析结果基本一致;卫星高度计和潮位站分析结果表明,福建沿海区域海平面近20a平均线性变化趋势约为4 mm/a.     

南海海平面长期变化及其趋势研究

On the basis of the satellite maps of sea level anomaly(MSLA) data and in situ tidal gauge sea level data,correlation analysis and empirical mode decomposition(EMD) are employed to investigate the applicability of MSLA data,sea level correlation,long-term sea level variability(SLV) trend,sea level rise(SLR) rate and its geographic distribution in the South China Sea(SCS).The findings show that for Dongfang Station,Haikou Station,Shanwei Station and Zhapo Station,the minimum correlation coefficient between the closest MSLA grid point and tidal station is 0.61.This suggests that the satellite altimeter MSLA data are effective to observe the coastal SLV in the SCS.On the monthly scale,coastal SLV in the western and northern part of SCS are highly associated with coastal currents.On the seasonal scale,SLV of the coastal area in the western part of the SCS is still strongly influenced by the coastal current system in summer and winter.The Pacific change can affect the SCS mainly in winter rather than summer and the affected area mostly concentrated in the northeastern and eastern parts of the SCS.Overall,the average SLR in the SCS is 90.8 mm with a rising rate of(5.0±0.4) mm/a during1993–2010.The SLR rate from the southern Luzon Strait through the Huangyan Seamount area to the Xisha Islands area is higher than that of other areas of the SCS.     

吕宋海峡两侧中尺度涡统计

利用1993-2000年间的T/P卫星高度计轨道资料的时间序列和MODAS同化产品中的卫星高度计最优插值资料对南海东北部海区中尺度涡旋进行动态追踪。按照给定的标准从2种资料中提取了涡旋信息并对其特征量进行统计分析。结果表明,南海东北部海区中尺度涡旋十分活跃,平均每年6个,其中暖涡4个,尺度一般为200~250 km,平均地转流速为44 cm/s;冷涡每年平均2个,尺度一般为150~200 km,平均地转流速为-37 cm/s。吕宋海峡两侧涡旋的比较分析表明,南海东北部海区仍属于西北太平洋副热带海区的涡旋带,冷、暖涡旋处于不断的形成—西移—消散过程中。南海东北部中尺度冷涡大多是南海内部产生的,而暖涡与吕宋海峡外侧暖涡有一定的联系又具有相对的独立性。分析认为西北太平洋的西行暖涡在到达吕宋海峡时,受到黑潮东翼东向下倾的等密度面的抑制和岛链的阻碍,涡旋停滞于吕宋海峡外侧并逐渐消弱,被阻挡于吕宋海峡东侧涡旋释放的能量,形成一支横穿吕宋海峡(同时横穿过黑潮)的高速急流,把能量传递给吕宋海峡西侧的涡旋,使其得到强化,这是吕宋海峡两侧涡旋联系的一种重要机制。     

内潮耗散与自吸-负荷潮对南海潮波影响的数值研究

利用非结构三角形网格的FVCOM海洋数值模式,在其传统二维潮波方程中加入参数化的内潮耗散项和自吸-负荷潮项,计算了南海及其周边海域的M_2、S_2、K_1和O_1分潮的分布。与实测值的比较表明,引入这两项对模拟准确度的提高有明显效果。根据模式结果本文计算分析了研究海域的潮能输入和耗散。能量输入计算表明,能通量是潮能输入的最主要构成部分,通过吕宋海峡断面进入南海的M_2和K_1分潮能通量分别为38和29GW;半日周期的自吸-负荷潮能量输入以负值居多,而全日周期的自吸-负荷潮能量输入以正值居多,因而自吸-负荷潮减弱了南海的半日潮,并加强了南海的全日潮。引潮力的作用也减弱了半日潮而加强了全日潮,但其作用要小于自吸-负荷潮。潮能耗散的分析显示底摩擦耗散在沿岸浅水区域起主导作用,内潮耗散则主要发生在深水区域。内潮耗散的最大值出现在吕宋海峡,且位于南海之外的海峡东部的耗散量大于位于南海之内的海峡西部的耗散量。对M_2和K_1分潮吕宋海峡的内潮耗散总值分别达到16和23GW。     

Application of LICOM to the numerical study of the water exchangebetween the South China Sea and its adjacent oceans

1 IntroductionThe South China Sea (SCS) is the largestmarginal sea in the western Pacific (see Fig. 1). It con-nects with the SCS through the Taiwan Strait, with thePacific through the Luzon Strait, with the Sulu Seathrough the Mindoro and Balabac Straits and with theJava Sea and Andaman Sea through the Sunda Shelf(For convenience, here we refer to the section at 1.5°N,Fig. 2). It is shown that the seasonal SCS circulation ismostly affected by the summer/winter monsoon, andthe no…     

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。     

涡分辨率模式模拟的南海中尺度涡旋

Mesoscale eddies(MEs) in the South China Sea(SCS) simulated by a quasi-global eddy-resolving ocean general circulation model are evaluated against satellite data during 1993–2007. The modeled ocean data show more activity than shown by the satellite data and reproduces more eddies in the SCS. A total of 345(428) cyclonic eddies(CEs) and 330(371) anti-cyclonic eddies(AEs) generated for satellite(model) data are identified during the study period, showing increase of ~24% and ~12% for the model data, respectively. Compared with eddies in satellite, the simulated eddies tend to have smaller radii, larger amplitudes, a slightly longer lifetime, faster movement and rotation speed, a slightly larger nonlinear properties(U/c) in the model. However, the spatial distribution of generated eddies appears to be inhomogeneous, with more CEs in the northern part of SCS and fewer AEs in the southern part. This is attributed to the exaggerated Kuroshio intrusion in the model because the small islands in the Luzon Strait are still not well resolved although the horizontal resolution reaches(1/10)°. The seasonal variability in the number and the amplitude of eddies generated is also investigated.     

Accuracy assessment of global ocean tide models in the South China Sea using satellite altimeter and tide gauge data

In this study, to meet the need for accurate tidal prediction, the accuracy of global ocean tide models was assessed in the South China Sea(0°–26°N, 99°–121°E). Seven tide models, namely, DTU10, EOT11 a, FES2014, GOT4.8,HAMTIDE12, OSU12 and TPXO8, were considered. The accuracy of eight major tidal constituents(i.e., Q₁, O₁, P₁,K₁, N₂, M₂, S₂ and K₂) were assessed for the shallow water and coastal areas based ...     

Numerical study of tidal dynamics in the South China Sea with adjoint method

We adopt a parameterized internal tide dissipation term to the two-dimensional (2-D) shallow water equations, and develop the corresponding adjoint model to investigate tidal dynamics in the South China Sea (SCS). The harmonic constants derived from 63 tidal gauge stations and 24 TOPEX/Poseidon (T/P) satellite altimeter crossover points are assimilated into the adjoint model to minimize the deviations of the simulated results and observations by optimizing the bottom friction coefficient and the internal tide dissipation coefficient. Tidal constituents M₂, S₂, K₁ and O₁ are simulated simultaneously. The numerical results (assimilating only tidal gauge data) agree well with T/P data showing that the model results are reliable. The co-tidal charts of M₂, S₂, K₁ and O₁ are obtained, which reflect the characteristics of tides in the SCS. The tidal energy flux is analyzed based on numerical results. The strongest tidal energy flux appears in the Luzon Strait (LS) for both semi-diurnal and diurnal tidal constituents. The analysis of tidal energy dissipation indicates that the bottom friction dissipation occurs mainly in shallow water area, meanwhile the internal tide dissipation is mainly concentrated in the LS and the deep basin of the SCS. The tidal energetics in the LS is examined showing that the tidal energy input closely balances the tidal energy dissipation.