台湾海峡一种三维风海流数值计算模式

本文根据浅海风海流基础理论，采用数值计算方法，对台湾海峡的风海流流场进行了三维维数值模拟，讨论了台湾海峡特征季风情况下风海充流场的水平结构及垂直分布。本模式值得进一步研究和完善。     

台湾海峡三维风海流的数值模拟

本文利用POM模式模拟了季风在台湾海峡引起的风海流以及三维流场结构。在冬季和夏季两种条件下，得出了季风引起的水位变化和三维流场结构。结果显示在冬季季风的作用下，海峡的东部北部发生减水而西南部产生增水；在夏季海峡北部产生增水而东南部和西南部产生减水，在科氏力的作用下，风海流表层流向偏于风向右侧。风海流在20m处形成的流场和底层流场本文也给出了模拟结果。流速的艾克曼螺线显示；该海域的流速并不随水深加大而一致减小，而是先减小至一定深度再稍微增大，然后继结衰减而零。     

北部湾台风风海流三维数值后报

本文采用Liu and Leendertse (1978) 的三维有限差分格式,对在1949-1987年期间对北部湾海区有较大影响的41场热带气旋作了风海流数值后报,后报的风暴潮与实测符合良好。为满足海洋工程的需要,本文还对涠洲岛西南海域某站的后报海流结果进行了分析,将该站各次台风的最大流速与极值分布拟合,给出各重现期海流值,同时对8303号台风的流场分布也作了分析。 要获得由台风引起的风海流及对应各重现期的极值作出推断,目前只能采取对台风风海流的数值后报方法,本模式计算范围西面以越南东岸为界,东面到雷州半岛、海南岛的西岸及109°30′E子午线,南至17°N(图1)。网格点的水平距离为13.8375km,垂直方向从海平面起算分为3层(0-10m,10-30m,30m-海底)。本文重点研究的站位位于涠洲岛西南(图1中A点所示),其水深为42m、所给出的风海流可代表5m、20m、36m处的数值。     

渤海及黄海北部的风海流数值计算及余流计算

依据黄渤海实测风的资料对渤海及北黄海进行了月平均风海流数值计算。计算表明 ,1月份在西北风的作用下 ,在渤海出现 1个逆时针旋转的环流 ,在辽东湾北部及黄海北部出现 1个顺时针旋转的环流 ,渤海海峡的海流北进南出。 7月份在南风和东南风的作用下 ,风海流的变化形式与 1月份大致相反 ,海峡处呈南进北出的形式。对渤海中部某点 1年的潮流资料通过低通滤波的方法计算逐时的余流值 ,得到该点 1年内表层最大的实测余流为 31.9cm/ s,全年 90 %多的时间内表层余流小于 10 cm/ s。对辽东湾北部某点和渤海湾西南部某点数月潮流资料也进行了低通滤波 ,并将得到的逐时余流与同步风作了比较。依据该 2点风和余流的关系以及黄海北部 6个点风和余流的关系验证了风海流数值计算的结果 ,表明在这些点上实测与计算结果拟合良好     

夏季台湾海峡海流计算Ⅱ.三维半诊断及预报模式计算

本文在σ坐标下建立了一个半诊断计算及预报计算的数值模式,应用于台湾海峡夏季时三维海流计算.计算结果表明,当t=2.5d时,密度场和速度场得到调整,即得到半诊断解,当t=40d以后,解已达到准稳定态;半诊断及预报计算的结果在定性上是与诊断计算结果一致.但它们在定量上有些变化,如表层台湾岛西岸附近的最大水平流速,在t=0时(诊断)为59.1cm/s,t=2.5d时(半诊断)为62.1cm/s,t=300d时(预报)为62.0cm/s.此外,在半诊断及预报计算中,上升流也主要发生在福建近岸等,但流速加强,范围也有所扩大.     

夏季台湾海峡海流的计算Ⅰ.三维诊断计算

在σ坐标下建立了一个三维非线性诊断模式,并用于台湾海峡夏季海流的计算.计算结果表明,夏季通过台湾海峡北上的流量为0.83×106m3/s,其中在海峡南边界上,通过东西两半边界的流量分别为0.58×106m3/s与0.25×106m3/s;海峡内水平速度分布东侧最大,西次侧之;上升流普遍发生在福建沿岸;夏季台湾海峡的海流特性,主要是密度流,风海流是其次的.     

夏季台湾海峡海流计算Ⅱ

本文在σ坐标下建立了一个半诊断计算及预报计算的数值模式，应用于台湾海峡夏季时三维海流计算。计算结果表明，当ｔ＝２．５ｄ时，密度场和速度场得到调整，即得到半诊断解，当ｔ＝４０ｄ以后，解已达到准稳定态；半诊断及预报计算的结果在定性上是与诊断计算结果一致。但它们在定量上有些变化，如表层台湾岛西岸附近的最大水平流速，在ｔ＝０时（诊断）为５９．１ｃｍ／ｓ，ｔ＝２．５ｄ时（半诊断）为６２．１ｃｍ／ｓ，ｔ＝３００ｄ时（预报）为６２．０ｃｍ／ｓ．此外，在半诊断及预报计算中，上升流也主嵰⑸诟＝ń兜龋魉偌忧浚段б灿兴┐蟆     

南海及台湾海峡台风浪的数值计算研究

本文应用ＬＡＧＦＯＦＩＯ的建立第三代海浪模式，采用波数能谱直接模拟海浪谱的方法，进行南海及台湾海峡台风浪的后报和分析计算结果与实测值拟合较好，表明ＦＩＯ－ＳＯＡ方法适用于该海区台风浪的数值计算。     

台湾海峡M2分潮的三维数值模拟

本文利用普林斯顿海洋模式对台湾海峡Ｍ２分潮作了分辨率较高的三维数值模拟,在较准确地模拟了潮汐分布的基础上,研究了Ｍ２分潮流椭圆分析,最大流同时线分布,潮流场的水平及垂直结构,最后还给出了Ｍ２分潮余流,余水位的分布。结果表明,Ｍ２分潮最大流同时线在海峡中部同时形成密集区的一个圆流点;构成海峡潮波系统的两股潮波中,南支潮波的影响似超出了以往所构成;最大潮流仅在近海底处急剧减小,最大流方向随深度增加右转     

台湾海峡及其邻近海域潮汐数值计算

建立二维潮波模式,模拟了台湾海峡及其邻近海域(18-30°N,110-130°E)八个主要分潮(M2、S2、K1、O1、P1、Q1、K2、N2),并利用中国大陆及环台湾岛20多个潮位站的实测资料进行验证,计算结果与实测值吻合良好.此外,给出了八个主要分潮的同潮图,并逐个讨论了潮汐特征.结果显示:⑴台湾海峡中的潮波运动是北部蜕化了的旋转潮波系统和南部的前进潮波系统共同作用的结果.⑵半日分潮南、北两支潮波在台湾海峽中部汇合,而全日分潮则在台湾海峽南部海域汇合后继续朝西南方向传播.⑶半日分潮振幅最高值发生在福建省湄洲湾—兴化湾一带,全日分潮最高值则出现在雷州半岛以东一带近岸海域.⑷N2、K2和O1、P1、Q1分潮的振幅、迟角分布分别同M2与K1分潮的整体分布趋势相似.     

台湾海峡西部海域余流和风关系的统计特征

本文根据在台湾海峡西部海域同步观测的风和流的实测资料进行统计分析,得出本海域表层风海流的流速系数(流速/风速)为0.05左右,流向在风向偏右14.5°,2级以下弱风时余流流向为常流控制,3～4级时风海流控制表层和5m层余流流向,5级以上大风时,风海流能直达底层等结论。     

Transient,seasonal and interannual variability of the Taiwan Strait current

We have constructed a fine-resolution model with realistic bathymetry to study the spatial and temporal variations of circulation in the Taiwan Strait (TS). The TS model with a resolution of 3～10 km derives its open boundary conditions from a larger-scale model. The QSCAT/NCEP winds and AVHRR SST provide forcing at the sea surface. Because of the high resolution in model grids and forcing, the model achieves a previously unavailable level of agreement with most observations. On biweekly time scales surface-trapped current reversals often lead to Strait transport reversals if the northeasterly wind bursts in winter are sufficiently strong. On seasonal time scales the northward current is the strongest in summer since both summer monsoon and pressure gradient force are northward. The summer northward current appears to be relatively unimpeded by the Changyun Rise (CYR) and bifurcates slightly near the surface. With the arrival of the northeast monsoon in fall, downwind movement of China Coastal Water (CCW) is blocked by the northward current near 25.5°N and 120°E. In winter, the northward current weakens even more as the northeasterly monsoon strengthens. The CCW moves downwind along the western boundary; the CYR blocks part of the CCW and forces a U-shaped flow pattern in the northern Strait. Past studies have failed to reveal an anticyclonic eddy that develops on the northern flank of CYR in winter. On interannual time scales a weakened northeast monsoon during El Niño reduces advection of the cold CCW from the north and enhances intrusion of warm water from the south, resulting in warming in the TS.     

3种海面风场资料在台湾海峡的比较和评估

本文对3种海面风场资料(CCMP、NCEP、ERA)在台湾海峡风场的平面分布和时间变化特征进行了相互比较,并应用2011年浮标观测的风速和风向资料分别对3种风场的误差进行了分析及评估。主要结论如下:(1)3种资料风场的平面分布、季节变化和年际变化特征基本一致,差异主要表现在冬季NCEP资料在海峡中部和南部的风速相对CCMP和ERA资料较大;(2)CCMP资料的风速偏差、风速均方根误差和风向均方根误差分别为-0.62m/s、1.67m/s和31°,NCEP分别为0.15m/s、1.64m/s和31°,ERA分别为-1.36m/s、2.4m/s和33°;NCEP资料的风速整体略偏大、CCMP略偏小、ERA偏小明显,CCMP和NCEP资料比ERA资料更接近观测;(3)在西南季风影响期以及风速较小时(风速不大于10m/s)CCMP资料的风速可信度较高、NCEP资料的风速偏大;在东北季风影响期以及风速较大时(大于10m/s)NCEP资料的风速可信度较高、CCMP资料的风速偏小;(4)3种资料的风向误差接近,均在低风速时(风速小于5m/s)误差较大。本文的结论可以为台湾海峡的海洋和大气科学研究选择合适的海面风场资料提供借鉴和参考。     

基于FVCOM的台湾海峡三维潮汐与潮流数值模拟研究

基于FVCOM海洋数值模式,采用非结构三角形网格较好地刻画了台湾海峡复杂的岸线边界及海底地形,建立了台湾海峡的三维潮汐潮流数值模型.模拟结果同长期观测资料符合良好,较好地反映出台湾海峡内潮汐、潮流运动的变化状况和分布特征,利用T_tide工具包进行水位潮流调和分析给出了M2、S2、K1、O1四个主要分潮的同潮图、表层潮流椭圆分布.分析表明,M2分潮由台湾岛南北两端传入台湾海峡,两支潮波在澎湖—台湾浅滩南缘相遇,呈NE—SW向倾斜,振幅最大值为2.45m,出现在福建省湄洲湾、兴化湾一带.K1分潮潮波由东北向西南传入,并向南海传播,传播方向上右侧振幅较左侧大0.05m.台湾海峡存在一条分潮潮流椭圆率为0的分隔线,该分隔线大致呈NE—SW走向,分隔线上半部分潮流椭圆旋转方向为逆时针方向,下半部分为顺时针方向.四个主要分潮潮流椭圆长轴基本呈NE—SW走向,但在台湾浅滩表层潮流椭圆长轴方向为NW—SE向,澎湖水道呈N—S向.台湾浅滩处四个分潮的潮流椭圆均较大,对应的潮流也强,可能受当地水深较浅的影响.     

风场对SWAN模式在台湾海峡后报结果的影响

本文利用SWAN模式模拟分析了CCMP和DASCAT两种常用风场数据在台湾海峡海面的浪场结果。东北季风期3个月的浪场模拟结果与浮标实测波高时序数据相比,偏差均值不大于0.33 m,偏差均方根不大于0.59 m。一般在浮标波高大于3.5 m和小于1.0 m时,偏差偏大。6 h分辨率的风场数据相较于24 h分辨率风场数据对应的模拟结果更接近于浮标实测结果。在6 h和24 h分辨率的CCMP风场数据和24 h分辨率的DASCAT风场数据的模拟结果中,两两结果间的空间相关系数均不低于0.90,偏差均值不大于0.32 m,偏差均方根不大于0.4 m。     

Phytoneuston in the southern Taiwan Strait

In June and November 1988 samples were collected by the improved Manta neuston net at 18 stations in the southern Taiwan Strait.One hundred and two species and variations of phytoneuston are identified.Total individuals of phytoneuston in June are more than those in November.The horiwntal distribution of phytoneuston is that the dense area occurs in the southern Taiwan Bank in June, while it appears in the western Taiwan Bank in November.The diet variations of phytoneuston are very obvious.The.abundance of phytoneuston occurs in the afternoon (16:00),and the minimum at midnight which is opposite to zooneuston.The relationships between phytoneuston and environment, and between phytoneuston and zooneuston are also discussed.     

2DVAR方法在台湾海峡海表流场融合中的应用

高频地波雷达可以提供沿岸大面积海表流的观测,但单个地波雷达只能提供径向流观测。本研究发展了一套二维变分(Two-Dimensional VARiational Method, 2DVAR)数据融合方法,将台湾海峡海域的地波雷达径向流数据与ROMS (Regional Ocean Model System)模式输出结果进行融合,得到一套较好的融合产品。结果显示,融合产品与雷达径向流的平均相对误差相较于模式输出与雷达径向流的平均相对误差由9.70%降低至1.54%。为进一步检验融合方法,设计了两种独立样本试验。试验一将雷达径向流按空间均匀划分为融合样本与独立样本,使用雷达融合样本与模式输出进行融合,此时融合结果的平均均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)相较于模式输出由0.41 m/s降低至0.19 m/s。试验二将雷达径向流和模式输出在空间上都均匀划分为融合样本与独立样本,对两种数据的融合样本进行融合,使用TC (Triple Collocation)方法估计模式输出、雷达观测与融合结果的误差方差,此时融合结果的平均误差方差最小,且其误差方差相对于独立的雷达径向流与模式输出在远岸处有明显减小。以上结果都表明融合数据更加接近实际海流,证明了2DVAR方法融合海表流的有效性。     

Calculation of currents in Taiwan Strait during summer Ⅰ. Three-dimensional diagnostic calculation

Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｕｒｒｅｎｔｓ　ｉｎ　Ｔａｉｗａｎ　Ｓｔｒａｉｔ　ｄｕｒｉｎｇ　ｕｍｍｅｒⅠ．Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎTXＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｃｕｒｒｅｎｔｓｉｎＴａｉｗａｎ...     

台湾海峡的温度逆跃层

本文利用1940～1986年国内外海洋观测资料约3600站次,分析了116°～121°E,21°30′～26°N区域内海水的温度逆跃层,结果表明本海域秋、冬、春季西岸海区出现温度逆跃层,同渤海相比,本区温度逆跃层的上界深度较深,厚度较大强度也较大,文中对该类温度逆跃层的成因作了初步探讨。     

台湾海峡冬季海面风场数值预报的验证与分析

通过布放在台湾海峡5个浮标冬季(2010年12月至2011年2月)的实测数据对MM5风场的预报结果进行了检验.从空间上看,平潭以北预测风速比实测风速偏高,南部则偏低;随着计算时长的增加,MM5模式预报的平均风速有增加的趋势.通过综合评价检验方法,该模式的短期预报较长期预报效果好.将MM5模式的结果用于台湾海峡冬季平均风场的研究,预测风场和实测风场基本吻合,但台湾海峡靠近台湾一侧模式的平均风速比之前的研究偏小.整体上看MM5较好的体现了台湾海峡冬季风场特点,可以为该区的业务化预报提供参考.