东海M2分潮的数值模拟

本文使用一种二维、非线性潮汐模式研究了东海的M_2分潮。所得结果与观测值符合良好。通过对计算结果的分析,给出了该海域潮汐、潮流和潮余流的主要特征。     

湛江近海M2分潮的数值模拟

利用潮汐模型,在高分辨率的自适应曲线网格下,采用潮汐调和常数作为控制模拟精度的方法,模拟了洪江附近海域M2分潮的运动特征。模拟所得的潮汐调和常数同实测值相比,误差较小。根据模拟结果绘制的M2分潮的同潮图,揭示了湛江附近海域M2分潮振幅和迟角的分布特征以及M2分潮的传播和发展规律。模拟得到的M2分潮分别在涨憩、落憩、涨急和落急几个典型时刻的流场,揭示了湛江附近海域M2分潮潮流的分布特征及其运动规律。     

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     

黄河口邻近海域无潮点的确定

早在30年代小仓申吉便发现渤海存在两个半日潮(M₂)无潮点,并用等高线法作出了同潮图.50多年来,秦皇岛附近的无潮点位置基本确定,而黄河口邻近海域的无潮点位置不大确定,自1980年以来,许多学者^[1-5]先后对渤海潮波进行数值计算,在得出各自的潮波图中,反映了作者们对无潮点位置的判断,当时由于黄河口邻近海域的实测水位资料少,无法判断哪种图更符合实际情况,而只是一种推测.近年来,国家海洋局北海分局在黄河口五号桩海港码头轴线上,放置几台水位计进行水位观测,获取了一个月的同步观测资料,经分析确定M₂无潮点的位置在03号站的东南方约2km处^[6].     

西南黄海M2分潮的数值模拟

本文采用普林斯顿大学海洋模式(POM)结合中国海军司令部发布的海图地形资料, 对西南黄海M2分潮进行了三维数值模拟。利用近岸4个验潮站水位资料和一组2008年夏季鲁南海槽中30m水深处潜标测流资料, 对模拟的潮汐和潮流结果进行了对比。模式模拟的M2分潮振幅与青岛、石臼所和吕泗这三个验潮站的实测资料符合良好; 但与连云港验潮站的实测振幅相比, 模拟振幅明显偏小, 推断主要原因是连云港港口实际水深值与海图地形中的水深值相差较大, 造成模拟结果的偏差。模拟的潮流结果与潜标测流资料在上层和中层较接近, 模拟的近底层潮流结构与实测资料相比存在较大偏差, 推断是由于模式的垂直混合系数误差造成的。使用该模式研究了西南黄海M2分潮对模式地形的敏感性, 发现采用海图地形数据和ETOPO5地形数据所模拟的西南黄海潮汐和潮流有显著不同。使用较平滑的ETOPO5地形数据所模拟的结果中, 西南黄海近岸海区M2分潮振幅偏小、相位偏大、潮流偏弱。研究表明, 鲁南海槽的存在增大了海州湾的潮汐振幅, 苏北浅滩对向南传播的潮波起到了阻挡作用。以上两个西南黄海近岸海区地形的重要特征在ETOPO5地形数据中没有被体现出来, 因此造成模拟误差。     

台湾海峡M2分潮潮波研究进展

台湾海峡内各种与潮波相关的现象,可以归因于在地形及岸线的影响下自台湾海峡南北两端进入的潮波的相互作用。近20余年来台湾海峡潮波的研究获得显著进展,然而即使作为台湾海峡主要分潮的M2分潮,其相关研究中也还存在着诸多分歧。从台湾海峡M2分潮潮波分布特征及解释研究出发,并针对以往各种研究中差别较大的M2分潮潮流的分布及变化特征,归纳总结了相关研究的主要分歧：(1)对台湾海峡M2分潮潮波的研究的争议主要集中在2点,包括对自台湾海峡南、北两端进入海峡的潮波的作用范围的研究以及台湾海峡内部潮波系统形成机制的探讨;(2)台湾海峡M2分潮潮位分布研究的主要分歧在于对台湾岛西岸潮时潮差的分布特征的解释;(3)台湾海峡M2分潮潮流研究中最大的差异在于对最大潮流同潮时线分布特征的描述,其实质仍为对潮波作用范围的描述;对应于M2分潮最大潮流同潮时线研究观点的差异,在M2分潮圆流点是否存在、圆流点存在位置及圆流点旋转方向的研究上也存在着较大的差异;对台湾海峡内部椭圆率为零的分隔线位置的讨论,主要分歧在于该椭率零线靠近台湾岛附近及澎湖列岛附近时的分布状况。此外,最强流区的位置判定及极值区潮流流速量值的大小问题上也存在差异。     

集合调整卡尔曼滤波方法在M2分潮数值模拟中的水深估计研究

数据同化利用观测信息对模型状态场调整的同时也可以对数值模型中的不确定参数进行估计,从而改进数值模型,提高数值模拟的精度。本文基于集合调整卡尔曼滤波方法,采用广义坐标系统的美国普林斯顿大学海洋模式的外模式开展了渤海和部分黄海海域M₂分潮模拟中的水深估计研究。理想数据同化试验结果表明,集合调整卡尔曼滤波方法能很好地降低模式模拟的水位误差并反演出“真实”的水深参数。而在NAO.99Jb和验潮站数据的实际数据同化试验中,与验潮站数据相比较,水深参数估计后,模式模拟的M₂分潮振幅与迟角误差分别降低了40.27%和49.19%。     

台湾海峡M_2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 Ｍ ２ 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 Ｍ ２ 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 Ｍ ２ 分潮余流、余水位的分布。结果表明, Ｍ ２ 分潮最大流同时线在海峡中部同时形成密集区和一个圆流点;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认为的范围;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,到近底层又向左转;潮汐余流和余水位均较弱,仅在澎湖水道、台湾浅滩附近余流较大。     

ADCIRC模式在渤海M2分潮模拟中的应用研究

利用有限元方法的ADCIRC (Advanced Circulation Model)海洋模式,建立了渤海高分辨率的二维潮汐潮流模型,模式结果与实测资料吻合良好.模式成功模拟出了M2分潮在渤海的2个无潮点和3个圆流点,位置与前人的研究结果基本一致.M2分潮流在渤海中央为顺时针旋转的旋转流,在辽东湾、渤海湾和莱州湾基本为...     

南海北部M2内潮与中尺度涡能量的数值研究

基于真实地形下的三维数值模拟结果,对南海北部的M_2内潮、中尺度涡能量以及两者相互作用过程进行了研究。结果显示,M_2内潮冬季稍强于夏季,在吕宋海峡生成的能量,冬季(12.2 GW)比夏季(11.6 GW)强5.2%,传入南海的能通量,冬季(4.2 GW)比夏季(3.8 GW)强10.5%,内潮能通量的空间分布在冬夏两季基本保持一致。中尺度涡的模拟结果显示,在南海内冷涡与暖涡个数相当(8个/a),冷涡的平均存活周期约为40 d,比暖涡的31 d长。当冷涡出现时,内潮非锁相部分的能通量大小及水平动能均出现明显增强现象,冷涡对内潮传播射线的汇聚作用是主要原因;M_2内潮和中尺度涡相互作用期间可以激发或抑制高模态内潮,也存在无显著影响的情况。     

基于Nudging方法对全球海洋M2和m1分潮的同化研究

基于全球海洋模式OGCTM(Ocean General Circulation and Tide Model),利用19年(1992—2011年)的卫星高度计资料调和分析得到全球分潮调和常数回报逐时正压潮水位;采用Nudging(牛顿松弛逼近)方法进行潮汐同化,针对Nud-ging松弛项的差分方案以及松弛系数进行了数值...     

考虑内潮耗散的南海M_2分潮伴随同化数值模拟

建立南海潮波模式及其伴随同化模式,在传统二维潮波方程的基础上加入了内潮耗散项,考虑了内潮耗散对南海潮波系统的影响,在前人工作基础上,改进了内潮耗散参数化方案,并给出内潮耗散项中地形效应参数的计算公式;通过对比,本文的参数化方案比前人参数化方案能取得更为合理的模拟结果。以63个验潮站和24个TOPEX/Poseidon卫星高度计轨道交叉点处的调和常数作为观测值,利用伴随同化方法来优化模式中的底摩擦系数和内潮耗散系数。为了寻求最优的优化方案,设计了7组数值实验。实验结果表明,实验7先优化内潮耗散系数再优化底摩擦系数的模拟结果最优。利用实验7的模拟结果分析了南海M2分潮的潮波特征,与前人结果基本一致。     

M2分潮对夏季长江冲淡水扩展影响的数值研究

利用σ坐标系下的斜压浅涨环流模式,研究Ｍ２分潮对夏季长江冲淡不扩展的影响,在“准定常流”作用下,模拟出能反映夏季长江冲水火水扩展的盐度场,并模拟出与黄、东海实测资料相符的Ｍ２分潮。在此基础上,用两种方案讨论Ｍ２分潮对冲淡水的影响。第一种方案,仅考虑Ｍ２分潮,计算它对冲淡水扩展的影响,第二种方案,将Ｍ２分潮和“准定常流”耦合,计算冲淡水的变化,结果表明,Ｍ２分潮对冲淡水扩展有一定影响,其中包括潮混合     

垂直分辨率对长江口海域M2分潮模拟的影响

基于EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)模式建立了长江口及其邻近海域的三维水动力学模型, 研究模型的垂直分辨率对该海域M₂分潮模拟的影响。结果表明:垂直分辨率的变化对M₂分潮传播方向的模拟结果影响较小, 但其可通过底摩擦和湍流耗散两个计算过程来影响潮能通量的模拟结果, 最终对长江口和杭州湾内的M₂分潮振幅产生显著的影响。最底层厚度较大时, 上层自由水体的高流速特征在最底层过于明显, 进而导致计算的底摩擦应力偏高, 此时提高底层的垂直分辨率会降低底摩擦对能量的耗散。另一方面, 垂直湍流混合作用会随垂直分辨率的增加而增强, 所以垂直分辨率增加到一定程度后, 上层自由水体的高流速会经由增强的湍流混合而更多的传入底层, 使计算的底摩擦应力随垂直分辨率的提高而有重新增加的趋势, 进而又增强底摩擦对潮能的耗散。     

黄河口泥沙异重流的数值模拟

将已被广泛应用的一维泥沙异重流控制方程推广到平面二维情形 ,构成一组四方程模型 ,并对方程中重要参数的取值作了讨论。而后针对黄河口泥沙异重流的发生和演变受潮相控制的特殊性对其进行数值模拟。在泥沙异重流的基本控制方程中加入了潮汐影响项 ,采用 ADI法对黄河口的潮流控制方程与有潮汐影响的泥沙异重流控制方程进行半耦合求解。模拟结果与实测结果基本吻合     

渤海M2分潮的伴随模式数值实验

根据渤海海域内M2潮汐调和常数的实测值,采用伴随方法来反演出开边界处的潮汐调和常数.为了取得较好的数值模拟结果,同时对给定的底摩擦系数进行了校正并对水深进行了微调.做了4个实验,并分别计算出调和常数的实测值与模拟值之差的绝对平均值:(1)只用19个验潮站的潮汐调和常数;振幅差为2.4cm,迟角差为5.0°.(2)只用37个观测点的高度计资料;振幅差为4.4cm,迟角差为5.7°.(3)同时利用19个验潮站的潮汐调和常数和37个观测点的高度计资料;振幅差为5.5cm,迟角差为8.5°.(4)同时利用19个验潮站的潮汐调和常数和14个观测点的高度计资料;振幅差为3.3cm,迟角差为5.6°.4个实验结果都较好地体现了渤海M₂潮波的特征.     

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。     

象山港潮波响应和变形研究 Ⅲ.潮滩位置和平流效应对M4分潮的作用

通过半封闭矩形理想海湾的潮波运动数值模拟,分析了潮滩及平流效应对M₄分潮的生成和增长的影响.结果说明潮滩的作用不但依赖本身的规模和湾内潮波非线性的强弱,而且与潮滩在湾内所处位置关系很大.在存在M₄分潮共振的海湾中,平流效应可以抑制共振对M₄分潮的放大作用.     

吕宋海峡M2内潮生成与传播数值模拟研究

本文在z坐标海洋数值模式HAMSOM中引入了内潮黏性项(Interhal-tide viscosity term),将之运用到吕宋海峡M2内潮的生成与传播过程的数值模拟研究.研究结果表明:(1)在250 m以浅,吕宋海峡产生的M2内潮振幅于温跃层处最大,岛坡附近的内潮明显强于别处,且最大振幅可达到40 m左右;(2)M2内潮的生成源主要集中在伊特巴亚岛西北、巴丹岛西南以及巴布延群岛西北的岛坡;(3)海峡产生的M2内潮向东西2个方向传播.巴丹岛以西的西向能量在吕宋海沟斜向下传播,在到达恒春海脊附近发生反射返回海面,到达海面后再次反射回海底,在此过程中,有高模态的内潮被激发,不同模态间有相消干涉的现象产生.西传的内潮能量分为2支进入南海,产生于巴布延群岛西北的能量分支直接向西南折转进入南海海盆,而产生于伊特巴亚岛和巴丹岛岛坡附近的主要能量则以束状向南海陆架传播,在到达118°E后部分能量折向西南的海盆,其余的能量则沿西北方向传入中国近岸,陆架陆坡地形起着重要的耗散作用.伊特巴亚岛西北有最大的能量产生,向东北传入太平洋.在122°E以东,能量主要以束状向东南传入太平洋.