渤海潮波系统的数值模拟

利用二维非线性潮波方程组,讨论了渤黄海主要分潮(全日潮、半日潮及浅水分潮) 数值模拟中的有关问题。数值模拟中同时考虑了4个主要分潮(M2,S2,K1,O1)和两个浅水分潮(M4,MS4)。分析表明,在渤黄海潮波系统数值模拟中,稳定后选取14 d的数值模拟结果进行调和分析能够取得最佳(最合理)的调和分析结果。计算出调和常数的模拟值与实测值之差的绝对平均值:M2分潮的振幅差为4cm,迟角差为3.3°,S2分潮的振幅差为2cm,迟角差为4.2°,K1 分潮的振幅差为1cm,迟角差为3.7°,O1分潮的振幅差为2 cm,迟角差为5.5°。实验结果较好地体现了渤黄海潮波系统的特征。     

渤海的潮波系统及其变迁

采用二维非线性潮波微分方程对渤海M_2、S_2、K_1、O_1四个分潮进行数值模拟,得出四个分潮的潮波图,椭圆长短轴图,同潮流时图以及潮汐、潮流性质图和S_2与M_2、K_1与O_1的迟角差图。依此可以系统地了解渤海潮波系统的分布变化规律。依据30～40年代测得的渤海海图以及假设数十年后渤海的岸形对渤海进行数值模拟,从而了解过去和现在渤海潮波的变化情况,以及对未来潮波的变化作出判断。计算表明,从30年代到70年代以来,渤海南部的半日分潮波发生了很大的变化,而日分潮的潮波变化较小。     

渤海主要分潮的模拟及地形演变对潮波影响的数值研究

基于FVCOM数值模式,利用1972年和2002年水深岸线数据,分别对渤海主要潮波系统进行模拟,研究了水深岸线变化对渤海主要分潮的影响。结果表明渤海地形演变会引起各分潮无潮点位置移动和振幅的改变,其中M2、S2分潮黄河口附近无潮点位置向东北方向迁移20km以上,且渤海湾湾顶振幅减弱,莱州湾内振幅增强;K1、O1分潮位于渤海海峡附近的无潮点亦向东北方向偏移,移动距离为10km左右,且渤海湾湾顶振幅明显减弱。在此基础上,本文通过敏感性数值实验,对导致黄河口外M2分潮无潮点位置移动的主要因素进行了初步分析。结果显示,在岸线不变的情况下,水深变化导致无潮点向东北方向迁移;而岸线变化导致无潮点向东南方向迁移。     

半封闭矩形海域中海底地形对旋转潮波系统的影响

为了探讨海底地形对旋转潮波系统的影响，本文对不同底形情况下的湖波运动进行了数值试验。根据试验结果绘制了同潮图并作了讨论。其结论是：（1）对无湖点相对于矩形海域中轴线的偏移来说，摩托的影响和海底地形的景响可能都是重要的。如果是浅水区域，这种偏移主要是由摩托引起的，但对平均水深较深，海底在横方向上有坡度的水域来说，底形效应是导致无潮点偏移的主要因素：（2）海底摩托仪能使无潮点仿移到中轴线的左方（如果人们面向湾顶），而底形则可能使无潮点偏移到中轴线的左方或者中轴线的右方，这将取决于海底横向倾斜的方向。     

渤海岸线及水深变化对水动力影响的数值模拟

为探究渤海岸线及水深变化对水动力的影响,基于Delft3D水动力学模型,选用2003年和2015年作为围 填海前后的典型年份,建立了围填海前后岸线及水深条件下的渤海三维水动力模型,并对水动力场进行了模拟。通过对围填海前后潮波和潮余流的分析,得到了岸线及水深变化对渤海水动力场的影响。结果表明:填海后,岸线及水深变化会对渤海主导分潮M₂分潮产生较大影响,秦皇岛附近无潮点向西北方向偏移,渤海海域M₂ 分潮振幅总体减小;潮致余流场受岸线及水深变化影响较大,其中渤海湾曹妃甸港南部形成复杂的涡流,沿岸海域余流增大;滨海新区附近形成多个小范围环流,且天津港到黄骅港北部沿岸海域2015年余流比2003年增加3~5 cm/s;黄骅港南部形成一个逆时针环流,并且该处余流减小2~5 cm/s。辽东湾辽河口附近由于水深增加导致余流减小2~7 cm/s。莱州湾黄河口附近的逆时针环流向东南方向移动,黄河口北部余流略有减小,东南部余流明显增大,增加量最多能达到9 cm/s。刁龙嘴南侧顺时针环流减小,北侧顺时针环流增大4~9 cm/s。     

半封闭矩形海域中海底地形对旋转潮波系统的影响

为了探讨海底地形对旋转潮波系统的影响,本文对不同底形情况下的潮波运动进行了数值试验。根据试验结果绘制了同潮图并作了讨论。其结论是:(1)对无潮点相对于矩形海域中轴线的偏移来说,摩擦的影响和海底地形的影响可能都是重要的。如果是浅水区域,这种偏移主要是由摩擦引起的,但对平均水深较深、海底在横方向上有坡度的水域来说,底形效应是导致无潮点偏移的主要因素;(2)海底摩擦仅能使无潮点偏移到中轴线的左方(如果人们面向湾顶),而底形则可能使无潮点偏移到中轴线的左方或者中轴线的右方,这将取决于海底横向倾斜的方向。     

海平面长期变化对东中国海潮波的影响

对1992年10月～2007年9月AVISO高度计融合资料进行分析,得到东中国海海平面变化速率。根据计算出的海平面变化速率,线性外推50和100a后东中国海海平面。采用ECOMSED模式,模拟出当前以及50a,100a后东中国海潮波,分析海平面长期变化对东中国海潮波的影响。结果表明,各分潮振幅、迟角与现有各分潮振幅、迟角之差有一定的分布模式,振幅在大部分地区增大,迟角在大部分地区减小,在深水大洋区振幅和迟角基本不变,无潮点位置相对于现有各分潮无潮点位置均发生偏移。     

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。     

渤海潮波运动的三维数值计算

本文采用Leendertse(1973)的三维非线性潮波微分方程的有限差分格式,计算了渤海全日潮、半日潮。计算结果与实测符合良好。本文着重研究了M_2分潮合成潮流的垂直变化及垂直潮流。     

渤海新构造运动对渤海东部油气性质的影响

郯庐断裂带控制了渤海东部凹陷、凸起的形成、演化，也控制了烃源岩、储盖层及圈闭的展布，进而影响了渤海东部地区油气的性质。郯庐断裂带在渤东地区的强烈构造作用，使得该地区油气勘探变得很复杂，同时也使得油气性质变得更加难以进行分类。因此，准确分析该地区的构造作用方式（特别是渤海新构造的晚期运动方式）以及断裂带对该地区地层油气的影响方式，有助于准确分析郯庐断裂带在渤海湾地区对油气成藏的影响，有助于今后的油气勘探。     

渤海海岸线的时空变化

渤海已成为中国社会经济发展中广受关注的重点区域。通过对比不同时期渤海岸线长度、面积等要素,重点分析了渤海海岸线30年来时空变化特征。研究结果表明,30年间,渤海海岸带岸线以向海扩张为主,海岸线长度总体呈增加趋势,由1986年2 370.82 km到2016年3 437.59 km;人工岸线占比快速增加,其中最多的为围堤岸线;2006—2016年间各岸段终点速率变化最大,天津段和山东段的海岸线一直保持较高的终点变化速率,并以海岸线前进为主要趋势,表明天津、山东的经济活动范围不断向海洋拓展。研究期间,渤海各岸段的岸线利用程度有不同幅度的提高,总体表现为海岸工程建设、围海造地,人类的活动对岸线的影响已经占据主体地位,围海造地是海岸线变迁的主要驱动因素。     

渤海东部潮流动力地貌特征

渤海东部发育了典型的潮流动力地貌体系，它由老铁山水道冲刷槽、辽东浅滩沙脊和渤中浅滩沙席三者组成。前者为潮流侵蚀区，后两者为潮流沉积区。老铁山水道表层最大流速可达５ｋｎ，潮流强烈侵蚀海底；辽东浅滩表层最大流速１．３～２．３ｋｎ，Ｍ２分潮椭率绝对值小于０．４，潮流往复性强，形成潮流沙脊；渤中浅滩表层最大流速为１．２～１．６ｋｎ，Ｍ２分期椭率绝对值大于０．４，潮流旋转性强，形成潮流沙席。６号沙脊南端详测区的旁侧声纳镶嵌日显示的微地貌形态有海底沙丘、沙条、彗星尾标志和冲刷沟，表明沙席和沙脊均是现代潮流作用形成的底形。该潮流动力地貌体系中，净沉积物搬运从老铁山水道至两潮流浅滩；在详测区净沉积物搬运从南向北。     

渤海海底地形特征

基于2004—2010年渤海海底地形地貌调查资料,结合前人对渤海海底地形的认识,对渤海海底地形5个区(辽东湾、渤海湾、莱州湾、渤海中央盆地和渤海海峡)的地形及微地形,进行了全面的分析描述。并与1985年出版的渤海地形图进行比较,寻找渤海地形近几十年来的变化并分析其原因。分析表明:渤海海底地形平缓,从辽东湾、渤海湾和莱州湾三个海湾向渤海中央盆地及东部渤海海峡倾斜,平均水深18m;由于环境变化和人类活动,导致部分近岸海域的水深比40多a前的水深变浅,而渤海中央盆地发生侵蚀,水深加深。     

Numerical Study on Tidal Mixing in the Bohai Sea

The spatial and temporal variability of tidal mixing in Bohai Sea is studied using a numerical approach. In calculating tidal mixing, accurate barotropic tidal current is obtained via a harmonic analysis package utilizing the simulated current output from a high-resolution regional ocean model. And a “small-scale” roughness map is adopted to describe the detailed topographic features of Bohai Sea. It is shown that the tidal mixing estimated in Bohai Sea is much higher than the level of global background, and fluctuates considerably at some regions within a single day. In Liaodong Bay, Bohai Bay and Bohai Strait, the mixing varies greatly, with the peak value of O (10^?2) m² s^?1. The order of magnitude of mixing in Laizhou Bay is about O (10^?5～10^?3) m² s^?1. Mixing with background level of O (10^?5) m² s^?1 only appears in central area. Result also shows that rough topography plays relatively a more important role than tidal current in enhancing diapycnal mixing in Bohai Sea. The distributions of tidal mixing in selected sections reveal that the vertical stratification in Bohai Sea is not obvious, generally renders a barotropic structure.     

Tidal bedforms in eastern part of the Bohai Sea

ＴｉｄａｌｂｅｄｆｏｒｍｓｉｎｅａｓｔｅｒｎｐａｒｔｏｆｔｈｅＢｏｈａｉＳｅａＬｉｕＺｈｅｎｘｉａ,Ｓ．Ｂｅｒｎｅ,ＷａｎｇＫｕｉｙａｎｇ,Ｔ．Ｍａｒｓｓｅｔ,ＸｉａＤｏｎｇｘｉｎｇ,ＴａｎｇＹｕｘｉａｎｇ,Ｊ．Ｆ．Ｂｏｕｒｉｌｌｅｔ（Ｒｅｃｅｉｖｅ...     

地壳升降对渤、黄、东海潮波系统的影响

利用海平面变化预测模型,预测了渤黄东海未来海平面的上升值。该模型考虑了温室效应和地壳升降。根据潮波运动基本方程和海平面上升的预测值,数值模拟了渤黄东海潮波系统的变化。结果显示,半日分潮(M2,S2)的振幅变化ΔH(或位相变化Δg)有相似的正负分布模式,全日分潮(K1,Q1)的也是如此。考虑和不考虑地壳升降情况下得到的正负分布模式,在黄海存在着较明显的差别,那是由于在黄海存在一个范围很广的海平面变化年速率为负的区域所致。在我国沿岸主要站点,考虑地壳升降情况下获得的主要分潮振幅与不考虑的相比,其中M2分潮的差别最大,其差值范围为-1.8～3.3 cm。在主要站点,利用考虑地壳升降情况下获得的调和常数计算所得的海图深度基准面、最高和最低天文潮位,与利用原调和常数计算所得的相比,海图深度基准面的变化范围为-12.4～14.6 cm,最高天文潮位的变化范围为-11.7～13.0 cm,最低天文潮位的变化范围为-11.9～10.5 cm。     

基于长期浮标观测资料与数值模式的渤海潮流性质研究

基于渤海7个大型浮标各近1年的海流观测资料,结合采用FVCOM模式建立的渤海潮汐潮流模式,对渤海的潮流性质进行分析,并将结果与1992年版海洋图集进行比较。结果表明:辽东湾、渤海湾属规则半日潮流;莱州湾的大部属规则半日潮流,小部分为不规则半日潮流;渤海中央及渤海海峡海域属不规则半日潮流;渤海海峡东南侧存在以烟台芝罘岛为中心的规则全日潮流向不规则半日潮流过渡区域。海洋图集中龙口附近海域的不规则全日潮流类型区并不存在;莱州湾湾底东部的不规则半日潮流区为规则半日潮流类型。     

连云港埒子口海域潮动力特征及其变化

为研究连云港埒子口海域潮流动力特征及其对周边海岸工程的响应,以及为治理埒子口闸下淤积问题提供参考,建立了基于有限体积法离散二维浅水方程的数值模型。采用实测水文资料对模型率定和验证,应用模型分析埒子口潮流动力特征和建设徐圩港防波堤和灌河口导堤后埒子口海域潮流动力的变化。模拟结果表明,建设工程后潮流动力变化较大,埒子口海域涨急流和落急流方向改变,涨、落潮平均流速均减小,距离工程区域越近,流速变化越大。埒子口海域潮流动力减弱将会加重上游挡潮闸的闸下淤积问题,致使埒子口排水不畅,进而增加沂北地区的洪涝风险,所以,相关部门应及时采取措施,保证埒子口排涝畅通。     

渤海的潮混合特征及潮汐锋现象

人们对黄海的潮汐锋现象已有一些报道和研究[1～4],但对渤海的潮汐锋现象却没有进行过认真的分析和讨论,迄今只有赵保仁[1]在讨论黄海的潮汐锋时,指出过渤海海峡的潮汐锋现象;而黄大吉等[5]在数值计算渤海的温度变化时也指出在渤海内部存在着潮汐锋现象,但却没有进行深入的分析和给出任何实测证据.本文试图根据方国洪和曹德明最近在渤海取得的潮汐潮流数值计算结果1),计算由Simpson等[6]提出的陆架海的潮混合层化参量,来讨论渤海的潮混合特征;并进一步利用实测水文资料和海面温度的卫星遥感图像来说明渤海潮汐锋的分布和变化特征.