海南岛莺歌海近岸的潮汐不对称与潮致余流研究

潮汐不对称与潮致余流在河口海岸区的物质输运中扮演着重要角色。已往的研究表明,在驻波占主导的河口海湾中,涨落潮的历时不对称与流速不对称有较为良好的对应关系。而潮致余流主要由地形与潮波的非线性作用所致。本研究以海南岛莺歌海附近为代表,结合实际观测与数值模型,研究复杂地形的开阔近岸区的潮汐不对称与潮致余流。结果表明,在莺歌海近岸区,涨落潮历时不对称皆表现为涨潮历时短于落潮历时,而流速不对称则出现复杂的空间变化。对流速不对称的机制分解表明,研究区的流速不对称主要由K₁、O₁与M₂的相互作用,以及潮余流与各潮汐分潮的相互作用所控制。其中前者产生涨潮流速大于落潮流速的涨潮优势,而后者则与余流的方向相对应,出现多个涨潮优势与落潮优势的区域。总体而言,研究区的流速不对称由余流与各潮汐分潮的相互作用所决定。这表明,采用涨落潮历时的不对称来确定潮汐不对称的方法在开阔近海区可能并不适用。对潮致余流的研究表明,研究区的欧拉余流远大于斯托克斯余流。欧拉余流表现为多个顺时针与逆时针的涡流。涡流分布与地形具有较好的对应关系,潮流沙脊区多发育顺时针涡流,而深槽区则以发育逆时针涡流为主。摩擦力在涡流的发育中起着重要作用。     

东中国海潮汐数值计算

东中国海作为太平洋的边缘海，它的潮差大，潮汐类型复杂，过去研究不多。Борис、Каган、安希洙等人曾对黄渤海潮汐做过数值研究，小仓伸吉曾用等高线法作等潮图研究过东中国海的潮汐。本文首次对整个东中国海潮汐做数值计算，旨在探索协振潮波的传播和潮汐分布的总规律。计算结果与实际资料基本符合。     

正规半日潮海域潮汐不对称性及量化

潮汐变形是近岸潮汐的一个基本特征,潮汐不对称的判断及量化是一个重要的研究内容。传统的判别方法是通过M2分潮与其倍潮(M4、M6等)以及分潮K1、O1和M2等的相对振幅和相对相位实现。这些方法主要基于满足特定关系的分潮组的调和常数计算,不易应用于研究潮汐不对称在不同时间尺度的变化。针对正规半日潮海域,通过对潮汐不对称的分解,对潮汐不对称在一个涨落潮过程中的产生及量化进行了探讨。研究认为,近岸潮汐一个涨落过程的历时随潮汐过程变化,在一个涨落潮过程中,近岸的潮汐不对称不仅来自于M2分潮及其倍潮或K1、O1和M2等满足一定频率关系的分潮波组合,M2分潮与任何分潮叠加均可能导致涨落潮过程的不对称及其类型的潮间转换。潮汐不对称的大小与所选分潮与M2分潮的相位、振幅之间的关系密切。给出的潮汐不对称分解方法在正规半日潮海域具有一定的适用性,能够将不同分潮对潮汐不对称的贡献进行分离。但对于相对振幅大于1/2的分潮,此分解方法尚需进一步研究。     

河口挡潮闸对三角洲潮汐不对称时空变化的影响

三角洲内部潮汐不对称性与三角洲地貌演变方向有重要关系。目前诸多研究关注海洋、陆地边界的改变对三角洲内的潮汐不对称性演变规律的影响。实际上, 大规模的河口工程也会对三角洲内的潮汐不对称性产生影响。在众多河口工程中, 河口挡潮闸由于直接削弱口门处海洋潮动力, 影响最为直接。荷兰三角洲是潮动力主导型三角洲, 受洪潮灾害影响较为严重, 为此在荷兰西南部修建了世界上著名的三角洲挡潮闸工程。文章以荷兰莱茵河-默兹河三角洲为研究对象, 分析以挡潮闸为主的河口工程对三角洲内河网潮汐不对称性演变特征的影响。选取莱茵河-默兹河三角洲13个潮位站点的50~60年的水文资料, 利用非平稳调和分析方法计算分析三角洲内部潮汐传播特性, 并进一步研究潮汐涨落潮历时不对称性演变特征, 揭示河口挡潮闸工程对潮汐河网中潮汐动力和潮汐不对称性的影响。研究表明, 莱茵河-默兹河三角洲为显著的涨潮占优型河口, 潮汐不对称现象总体向上游沿程增强。河口挡潮闸修建后受河网径流量和潮动力剧烈变化的影响, 封闭的南部通道内的潮波大幅度削弱, 潮汐不对称现象在下游增强在上游减弱。北部、中部通道其他站点则因为通道径流增大, 潮汐不对称现象增强, 中部站点变化更为显著。     

黄河口的变迁对邻近海区潮波运动影响的数值研究

研究表明,黄河三角洲附近海区的潮汐和潮流分布具有如下显著特征:黄河口外存在M2分潮的无点潮(方国洪,1986)和S2分潮的无潮点(王淑雪等,1987),以及五号桩海区属于规则全日潮区。 关于黄河口外存在M2分潮无潮点的问题,自Ogura(1936)首次提出以来,一直是本区潮汐潮流研究中倍受重视的问題。据方国洪(1986)的统计,迄今为止,反映在黄河口外存在M2分潮无潮点位置的渤海同潮图的文献已有20篇之多(丁文兰,1985;山广林等,1983;方国洪,1986;方国洪等,1985;方国洪等,1986;王淑雪等,1987;刘爱菊等,1980;孙文心等,1981;沈育疆,1980;侍茂崇等,1985;黄祖珂,1991;An,1977;Fang1986 Nishida,1980;Ogura,1936; ?opИc,1958)。从表1可以看出,历年来不同学者给出的黄河口外M2分潮无潮点的位置各不相同,本文作者认为这主要是由于黄河三角洲的变迁造成的。统计表明,在1855年至1984年间,近代黄河三角洲自套尔河口至淄脉沟口的年淤进速率为0.16km,挑河湾至宋春荣沟口为0.16km,而年淤进速率最大的五号桩区(即直接影响黄河口外M2分潮无潮点位置的区域)的年淤进速率达0.3km。海湾中的无潮点是入射的潮波与自湾顶反射的潮波叠加而形成的节点,由于近代黄河三角洲的海岸线不断向海中推进,在黄河尾闾的不同时期,黄河三角洲海岸线的位置便有显著变化,这必然会使无潮点的位置随着时间的推移而发生变化。然而表1中M2无潮点的不同位置并不完全是由于黄河三角洲岸线变化引起的,由于表1中的多数无潮点的位置是数值计算的结果,而不同的人在数值计算中所用的边界条件和底摩擦应力的表达式及其系数又不尽相同,因此必然造成计算结果的差异。这里值得指出的是王淑雪等(1987)的结果,这一结果是根据1985年8-9月在黄河口外几个站进行连续1个月的水位观测资料得出的M2无潮点位置,在此点上,M2分潮振幅仅为0.8cm。当然,由于渤海潮汐中存在着显著的天文一气象分潮(方国洪等,1986),故根据夏天一个月的潮汐资料分析得到调和常数与由长期(如一年)潮汐资料所得到的调和常数是有差别的,由此而得到的无潮点的位置仍会有一定的误差,但应该说,这一结果所给出的无潮点位置对于清水沟流路的单一顺直阶段的黄河三角洲岸线而言,已是最接近实际的了。既然黄河口的变迁是黄河口外M2分潮无潮点位置的变化的主要因子,那么自1855年以来由于黄河口的不断变迁使黄河口外M2分潮无潮点位置产生了怎样的变化?本文将探讨这一问題。至于黄河口外是否有S2分潮无潮点的问题,或者说,黄河口外曾存在过的S2分潮的无潮点现在是否已经消失仍是人们所关心的问题,本文中也将讨论。 实测表明,在M2分潮无潮点附近的验潮站处,潮位的全日潮分量(即K1和O1分潮)作用突然增大,使黄河三角洲沿岸的潮汐性质发生了显著变化,即不规则半日潮→不规则全日潮→规则全日潮→不规则半日潮(表2)。近一百多年来黄河三角洲的变迁对黄河三角洲沿岸各站的潮汐性质的变化究竟产生了什么样的影响也是本文将探讨的内容之一。 本文将利用数值模拟方法,通过考察不同时期黄河三角洲附近海域潮汐、潮流的分布特征,对上述各问题加以探讨,为黄河口的开发提供依据。     

江苏灌河口现代沉积速率的研究

本文对1994年所采集的灌河口外11个沉积柱样进行了沉积结构和²¹⁰Pb放射性分析,研究了该区的现代沉积速率.河口沙嘴区的沉积物主要为极细砂和粉砂,沙嘴的形成是波浪、潮流、沿岸流以及径流综合作用的结果.根据²¹⁰Pb测年法,灌河口外沙嘴的现代沉积速率为0.11～1.1cm/a,不同的地貌部位沉积速率不同.沙嘴东北海区为侵蚀区.     

恢复饱和过程与潮流不对称耦合作用下的悬沙输运

通过理想模型的解析解对河口悬移质泥沙输沙中恢复饱和过程与潮流不对称耦合作用下的长期净输运机制进行了研究,并给出了二者耦合作用下的悬沙长期净输运的定量表达及悬沙净输运方向与分潮相对位相的关系。研究认为,悬沙的长期净输运与泥沙的恢复饱和过程及潮流不对称存在密切关系。对于仅单频潮波作用的情况,恢复饱和过程不会导致悬沙净输运的产生;分潮与余流的相互作用将产生与余流方向一致的净输运;悬沙的净输运方向与潮流不对称的方向并不完全一致;对于频率满足一定条件的分潮的组合,不论该分潮组合是否导致潮流不对称,均会产生悬沙的净输运;净输运量是分潮组合中各分潮流速的振幅、相对位相及相对恢复饱和时间的函数。对于某一分潮组合,悬沙净输运与潮流不对称方向改变时,二者的相对位相阈值之间的偏差随恢复饱和时间的增大而增大。     

灌河口北部海域氮磷营养盐分布及富营养化评价

于2012年5月至2013年2月期间在灌河口北部海域取样,分析讨论了灌河口北部海域营养盐含量的时空变化及其影响因素、海域的富营养化水平和营养级类型。结果表明,整个调查期间,无机磷的含量相对较低,高N/P值显示磷可能成为该研究海域浮游植物生长的限制因子。调查海域近岸及附近海域营养指数E值大于1,处于富营养状态。营养级评价结果显示海域四个季节大多数站位处于磷中等限制潜在性富营养状态。无机氮含量较高,灌河口附近海域普遍超过第四类海水水质标准,其中夏秋季高于春冬季,是由于夏秋季陆源输送增大所致。     

象山港潮滩坡度对潮动力影响的数值研究

象山港属于狭长型半封闭港湾,湾内分布有大面积潮滩。多年以来象山港内实施了大量海岸工程及养殖工程,湾内潮滩坡度发生了显著变化。基于非结构网格和有限体积数值模式（FVCOM）建立象山港三维潮动力模型,研究湾内不同区域潮滩坡度变化对象山港潮动力过程的影响机理。结果表明：潮滩坡度下降将增大湾内纳潮量,进而增大M2分潮振幅和迟角,反之则反。铁港潮滩坡度的减小（增大）,将改变底部耗散项,进而增大（减小）M4分潮振幅。由于M2和M4分潮的振幅在湾顶较大,所以湾顶（铁港）潮滩坡度对象山港潮动力过程的影响明显大于侧岸（西沪港）。西沪港潮滩坡度对象山港潮动力过程的影响是局部的。铁港、西沪港潮滩坡度对湾内潮汐不对称、余流及潮能影响显著。铁港潮滩坡度的改变均会减弱湾内落潮占优程度。西沪港区域潮滩坡度的减小将减弱湾内落潮占优趋势,反之则反。铁港和西沪港潮滩坡度的减小,将增大余流大小及潮能密度,进而潮能耗散增大,反之则反。研究结果对河口海岸潮滩区域的工程建设及生态修复有重要参考价值。     

象山港潮坡响应和变形研究：II.象山港潮波数值研究

通过象山港水域的潮波运动数值模拟,分析了象山港Ｍ４分潮的生成和增长机制。结果表明,潮波传播中非线性底摩擦效应是Ｍ４分潮生成和增长的主要控制因子,Ｍ４分潮在湾内的共振现象上重要的放大作用,平流效应在绝大部分区域中抑制了Ｍ４分潮的发展,只有佛渡水道中一些岛屿周围极小区域内对Ｍ４分潮有增强作用,潮滩在湾内对Ｍ４分潮的影响极其微弱。     

长江河口潮波时空特征再分析

长江河口的潮波传播受到近岸及河口浅水地形及长江径流的显著影响,表现出很强的时空变化特征。已有相关研究主要关注徐六泾以下的河口段,还缺少对河口系统的潮波特征分析。本文基于大通、南京、徐六泾和牛皮礁4站的年内连续潮位资料,分析了主要天文分潮和浅水分潮的振幅沿程变化、季节变化特征和规律,认识到洪季大径流对江阴以上的近口段潮汐衰减作用显著大于枯季,而河口段的平均潮差有一定的半年周期变化,年内秋季最大。口内高频浅水分潮振幅在河口下段最大,且洪季大于枯季,低频浅水分潮则在河口上游振幅最大,由此反应径流对潮汐改造的非线性作用。这些认识可为水道航运及相关河口研究提供基础认识。最后本文也指出关于长江河口潮汐特征尚需进一步研究的若干问题,以期下一步工作取得相应进展。     

一个潮流不对称计算方法及其在北仑河口的应用

河口近岸海域潮流不对称对于物质输运、地形地貌变化有重要作用,因此研究河口近岸海域潮流不对称具有重要的意义。从统计学角度出发推导了一种潮流不对称的计算方法,并将该方法应用于全日潮类型的北仑河口。研究认为:从三阶原点矩出发推导的计算方法能够合理的量化潮流不对称;潮流不对称的方向由分潮的相对相位决定,不同分潮对潮流不对称的影响大小由其相对振幅和相对相位共同决定;在正规全日潮海区,三阶原点矩即可满足对潮流不对称的计算。北仑河口潮流表现为落潮流速占主导,潮流不对称空间上表现为口门强于外海,浅滩强于深槽。     

珠江河口虎门的地貌动力学研究

以野外现场调查、数值模拟和前人研究成果综合分析虎门的地貌动力学特征。因峡口上、下游水域开阔,涨落潮过程中发育着强大的双向不对称射流系统;由于峡口区流速最大,发育着冲刷深槽,而峡口的上、下游因流速降低,泥沙有规律地沉积,形成了涨潮三角洲与落潮三角洲堆积体,出现纵向上“马鞍”形断面特征和横向上“槽-脊-滩”的地貌特征,与其动力特征相适应。     

河口地貌对潮汐不对称性影响的数值模拟研究

河口地貌形态对潮汐不对称性的产生和发展有着至关重要的作用。本文根据英国Humber河口数据建立了概化模型,研究了在同一纳潮量情况下,主槽断面形态、平面形态和河口收缩率对河口潮汐不对称性的影响。结果表明,较深的主槽能使相位差峰值出现较晚且峰值更大,从而影响局部区域的涨潮流强弱,主槽越浅,最大落潮流速越小,落潮所需历时越长,河口更倾向于涨潮主导,窄潮滩倾向于涨潮主导型,宽潮滩倾向于落潮主导型;平面形态沿程收缩且长度较长的河口涨潮主导型最强,此外,河口宽度沿程缩窄会加大主槽的余流流速,减小潮滩的余流流速;随着河口平面收缩率的增强,主槽的余流流速减小,潮滩余流流速增大,潮滩更倾向于涨潮主导。本文进一步丰富了河口地形地貌变化对潮汐不对称性影响的认识,可为河口区工程建设和管理维护提供科学依据。     

A numerical study of tidal asymmetry in Okatee Creek,South Carolina

The Okatee River, South Carolina is characterized by a narrow tidal channel and an extensive area of intertidal salt marshes. Current measurements in the upstream portion Okatee Creek show that tidal flow features an asymmetric pattern: ebb current is stronger than flood current. The ebb dominance is mainly caused by deformation of the dominant astronomical tidal constituent M₂. An unstructured grid, finite volume coastal ocean model (FVCOM) with wet-dry point treatment method is applied to examine physical mechanisms of M₄ overtide generation. Model experiments show that mean absolute amplitude and phase errors are 3.1 cm and 1.7^° for M₂ elevation, 2.4 cm s⁻¹ and 0.8^° for M₂ current major axis, 2.1 cm and 1.8^° for M₄ elevation, and 2.1 cm s⁻¹ and 24.6^° for M₄ current major axis. The overall pattern of tidal asymmetry is qualitatively reproduced. Various sensitivity experiments suggest that the generation of M₄ overtide is a result of nonlinear interaction of tidal currents with irregular creek geometry and bottom topography. Consistent with the classical view, the large volume of intertidal water storage is the major reason for ebb dominance in the creek. However, the zero-inertia assumption (i.e., negligible advective terms) is probably not valid for the entire tidal cycle. Besides the pressure gradient force and the bottom friction force, terms related to lateral shear of the along-estuary velocity (i.e., advective inertia and horizontal eddy viscosity) may also contribute in horizontal momentum balance. Exclusion of the flooding-draining processes over the intertidal zone will severely underestimate tidal currents in the river channel and make the tidal asymmetry less prominent.     

河口往复流中潮流不对称与推移质输沙的关系

潮流不对称现象是近岸潮波运动的基本特征之一,为了研究潮流不对称对推移质泥沙长期净输运的作用机制,首先在往复流情况下对Bagnold推移质输沙率公式(1966)由于不包含起动流速所可能导致的误差进行理论分析,进而由统计学中的"偏度"的概念出发,推导了河口潮流不对称与推移质输沙之间的定量关系。研究认为,虽然Bagnold推移质输沙率公式不包含泥沙起动流速,但是只要泥沙起动流速和最大流速的比值在一定范围内,则在理论上公式的计算误差是可以接受的。由偏度结合Bagnold公式导出了潮流不对称与推移质输沙之间的关系,表明推移质泥沙的长期净输运不仅与余流有关,而且与不同分潮组合之间、余流与分潮之间的相互作用紧密相关。该关系还给出了一个由潮流调和常数估算河口推移质输沙的简便方法。经对比,从潮流不对称出发估算推移质输沙与直接采用推移质输沙率公式结果一致。     

涌潮沉积揭示长江河口湾全新世最高海面

海面变化对沿海地区的自然环境和社会经济有着重要影响,了解过去海面变化规律可以为预测未来海面上升情景提供参考依据。以长江古河口湾湾顶附近的扬州市昌建广场建筑工地所揭示的自然沉积剖面（CJGC剖面）为研究对象,通过详细调研,在剖面下部发现了保存有海相贝壳的涌潮沉积,为研究全新世最高海面和最大海侵提供了绝佳的地质材料。通过系统的沉积相与光释光（OSL）年代学研究,重建了古河口湾中全新世以来沉积环境的变化过程。结果表明,该地点中全新世以来经历了从陆相→潮滩→河口沙坝→河漫滩的沉积环境变迁,清晰显示了由海侵到海退的变化过程。OSL测年数据表明长江河口全新世最高海面和河口湾湾顶最大海侵出现的年代约为5.6 ka,当时对应的海面高度不低于海拔1.3 m,这一时期的高海面在世界多地均有记录。     

长江口洪水期潮波变形数值模拟研究

由长江口现场水文测验资料分析知,洪水期潮波上溯过程中,潮波变形具有先加剧后趋缓的特点。基于非结构网格FVM方法建立大通至外海的大范围数学模型,复演长江口潮波传播过程,以此为基础,研究长江口洪水期潮波变形特征的形成原因。研究认为:洪水期长江口潮波变形转折点位于潮流界上游;转折点下游潮波变形逐渐加剧是由于高低潮位潮波传播速度差异造成的;转折点上游潮波变形趋缓是由于高潮位重力引起的潮波传播阻力对潮波传播影响大于高低潮位潮波传播速度差异造成的。     

灌河下游营养盐浓度的季节变化及其入海通量研究

2017年2月～2019年9月在灌河下游采集水样,分析了其中各种形态营养盐的浓度以及月动态变化情况,估算了灌河的营养盐入海通量.结果表明,N O 3-和N H4+是溶解无机氮(DIN)的主要存在形式,其平均值分别为(74.66±45.06)、(83.67±87.22)μmol/L.NO3-浓度与欧洲以及国内一些河流相当...     

Distribution pattern of zooplankton in the han river estuary with respect to tidal cycle

The monthly distribution of zooplankton communities in Han River estuary was investigated at two stations from July 1998 to June 1999. Monthly mean abundance of total zooplankton varied remarkably, with the range from 20 indiv.·m^-3 to 19,600 indiv.·m^-3. During the study period, dominant species of zooplankton community were dinoflagellateNoctiluca scintillans, copepodsParacalanus indicus, Paracaanus crassirostris, Acartia hongi, Acartia ohtsukai, and meroplanton cirriped larvae. According to tidal states, relative high abundance occurred at high tide without regard to season. The temporal distribution of abundance implied that the reduced salinity probably limited the zooplankton populations and the fluctuations of salinity were an important factor in the variation of abundance. However, the results of salinity tolerance test shows that the variations in salinity do not directly influence the decrease of abundance. This study shows that the relatively high abundance of zooplankton near high tide seems to be related with the expansion of abundant zooplankton inhabiting Incheon coastal waters through tidal currents.