渤海西南部海域潮流数值计算

采用二维有限差分解法对渤海西南部海域进行潮流数值模拟,得出M_2分潮的潮波图,椭圆长短轴图,最大流速分布和不同时刻的潮流场图,并根据实测资料对其进行了验证。从而可系统地了解这一海区M_2分潮的潮波系统及逐时潮流场等海洋要素的分布情况。     

胶州湾的潮汐与潮流

胶州湾是我国沿海的一个重要港湾,长期以来对其进行了较多的调查研究工作。大港验潮站自1926年起开始观测(1936-1946年曾中断),目前已积累了44年的长期水位资料。山角底验潮站自1967年开始观测,也积累了16年的水位资料。我们还系统地搜集了我所1958-1959年在薛家岛、东洋嘴、团岛、麦岛、大公岛分别进行的四个月、两个月及半个月的观测资料,以及山东海洋学院1975年在红岛船厂(阴岛)、黄岛客运码头分别进行的三个月及两个月的水位观测资料和团岛湾、后岔湾、大石头等地的潮汐调和常数。此外,我们还搜集了胶州湾及其附近海区共二十三个测站的海流连续观测资料,其中十九个站的资料是由我所在1957-1959年观测的,三个站是1982年“全国海岸带调查”中测得的,另一个站是华东水利学院提供的资料。这些测站,除六个站为一昼夜连续观测外,其余十七个站均为二昼夜以上连续观测(有一个站为十五昼夜连续观测)。观测站位见图1。 我们把搜集到的这些潮汐、潮流资料进行了调和分析,得到了各主要分潮的调和常数及潮汐、潮流特征值。本文以此为基础,结合实测资料,分析了胶州湾潮汐、潮流的基本特征。     

渤、黄、东海潮汐潮流的数值模拟

利用球坐标系中的二维非线性潮波方程组,数值计算了渤、黄、东海全海区的全日及半日潮汐潮流。沿岸81个潮位站的计算与实测值的比较表明,M₂分潮振幅差平均为7.2cm,相角差为6.4°,m₁分潮振幅差平均为2.6cm,相角差为7.4°,计算与实测符合良好。潮流的比较结果表明,计算与实测的符合程度也是比较好的。文中给出的同潮图同Fang(1986)给出的实测与数值的综合结果基本一致。本计算还证实或首次给出了若干圆流点。如对M₂分潮流,证实了在北黄海山东北部近海及南黄海北部各存在一对圆流点,并在浙江北部近海新发现一对圆流点;对m₁分潮流在苏北浅滩外侧发现一个圆流点,另外在东海东北部(济州岛东南)新给出两个圆流点,东海东南部的弱流区存在三个圆流点,此外,文中还分别讨论了M₂及m₁分潮能通量的传播和消耗情况,并指出从太平洋经吐噶喇海峡及冲绳至宫古岛之间的水道传入东海的m₁分潮,在遇到陆坡的阻挡后,其中有相当部分潮能被反射回太平洋。     

渤海和黄海潮汐潮流分布的基本特征

对渤海和黄海的潮汐潮流的基本特征，日本小仓伸吉(1936年)等，以及我国全国海洋综合调查(1964年)都曾进行过分析和研究；但由于资料的限制，仅对本海区的潮汐潮流特征进行了一般性的探讨。近几年，我们搜集了较多的资料，主要是国外发表的沿岸验潮数值，并使用了我所和国家海洋局科技情报研究所在潮流大面积预报工作中得出的潮流调和常数。作者曾根据这些资料分析研究了东海潮汐和潮流的特征。本文是这项工作的继续，采用上述方法对渤海和黄海的潮汐潮流进行了分析计算，得到渤海和黄海如下一些潮汐潮流的基本特征。     

北部湾潮汐潮流的三维数值模拟

基于二阶湍流闭合模型计算涡动粘性系数的POM三维水动力模式,采用细网格,考虑6个岛屿、海底摩擦系数进行划片取值,模拟北部湾潮汐潮流.所得潮汐调和常数与81个实测站比较,绝对平均误差:K₁分潮振幅为46cm,迟角为9°;O₁分潮振幅为56cm,迟角为7°;M₂分潮振幅为62cm,迟角为15°.由模拟结果分析出该海区潮汐、潮流、余水位和潮余流,以及水平速度垂直分布等特征.     

东海潮汐和潮流特征的研究

关于我国近海(124°E以西)潮汐和潮流的基本特征,在1958-1960年全国海洋普查报告中曾进行过分析和研究。近20年来,除积累了更多的资料以外,在分析、计算方法以及潮汐理论方面,也都有了很大的进展。本文拟采用一些新的计算方法,尽可能地搜集了研究海区的所有资料,使用电子计算机,对潮汐潮流各要素进行了计算,并根据计算结果分析研究这些要素的分布特征。     

北部湾潮汐潮流的数值模拟

基于正交曲线坐标的ECOMSED三维水动力模式,对北部湾的潮汐潮流进行数值模拟。选用不同的海底摩擦系数、海底粗糙度系数以及水平湍流摩擦系数进行数值试验。试验结果表明,当海底摩擦系数取2×10-3～3×10-3,海底粗糙度系数取1×10-3～2×10-3m,而水平湍流摩擦系数取1×102～5×103m2/s时,模拟所得潮汐、潮流结果与实测数据吻合较好;并由此对北部湾的潮汐、潮流和潮余流等特征进行了分析。还给出了垂直湍流黏滞系数呈抛物型的分布特征。对该海域的水动力状况有了进一步的了解,为该海域的环境保护规划提供了科学依据。     

南海潮汐潮流的数值模拟

本文用二维球坐标数值模式计算了南海m₁[=(K₁+O₁)/2]和M₂分潮的分布.计算范围从2°N到25°N,99°E到121°30'E,坐标的经向纬向、格距均为1°/4.计算结果与92个实测站进行比较符合良好,m₁分潮振幅的平均误差为4cm,迟角为7°.M₂分潮振幅的平均误差为9cm,迟角为12°.根据计算结果给出南海m₁和M₂分潮的潮汐、潮流、潮余流和潮能通量分布图.     

潮汐和潮流预报的整体潮方法

按照牛顿力学定律的要求建立了一种新型的时间系统,即依据日、地、月三体相互运动建立了一种潮汐时间系统;并选用了引潮天体（月球和太阳合成体）星下点处的整体引潮力为标志性引潮力。在该潮汐时间系统里潮运动就变成一种完全遵从牛顿运动定律的确定性运动,引潮力与潮汐和潮流形成一种确定性的因果关系。将之称为整体潮方法简称为整体法。将定义的引潮力和潮振动中的2种典型振动称为I型和II型,其相互转换周期为1/2回归月。因此,极大地简化了潮汐和潮流的计算和预报工作。本方法对固体潮和大气潮也有应用价值。     

胶州湾潮汐潮流的数值计算

自从1952年Hansen提出用数值计算的方法求解潮汐方程以来,数值计算方法在国外已有了长足的进展,国内也得到了越来越多的应用。1969-1978年,在潮流大面预报工作中,我所与国家海洋局科技情报研究所等单位合作,对黄海东部、东海、朝鲜海峽、台湾海峡等海区进行了潮汐潮流的数值计算。在这些计算中,略去了非线性平流加速度的影响,这在水较深的中型海区是完全允许的;但在浅海,当未扰动水位之上的水表面高度可与平均水深相比拟时,平流项就不能省略。一九七九年,山东海洋学院王化桐等人采用Leendertse的差分格式对胶州湾进行了数值计算,考虑了非线性平流加速度的影响,但该格式以海图0米等深线作为固定的水-陆边界,没有考虑到潮间带。为了计算近岸浅水海区的潮汐潮流,本文采用R.A. Flather和N.S. Heaps的格式,编制了在108-乙机上计算任意形状近岸浅水海区潮汐潮流的手编程序,并以胶州湾为例进行了试算。 在试算时,我们用四组计算对非线性平流加速度的影响和潮间带的影响进行了比较，得出了在胶州湾这样的潮间带约占四分之一的近岸浅水海区,潮间带的影响比非线性平流加速度的影响更加明显的结论。 这四组计算是： I.不考虑潮间带(以平均水深0米作为固定的水-陆边界,并略去了平流项)； Ⅱ.不考虑潮间带,但考虑平流项； Ⅲ.考虑潮间带(海陆边界沿网格移动),但略宏平流项; IV.考虑潮间带,又考虑平流项.     

渤黄海潮汐潮流精细化数值模拟及可视化预报系统

利用有限元海洋模式ADCIRC (Advanced Circulation Model),建立了高分辨率的渤黄海二维潮汐潮流数值模型,该模型以M2,S2,K1,O1等8个分潮的水位作为驱动,模拟出了该8个分潮的潮汐潮流调和常数;利用该调和常数预报的潮位和二维平均潮流与实测资料相比,符合较好;利用模拟得到的潮汐潮流调和常...     

末次冰消期以来渤、黄、东海陆架潮汐、潮流演变过程模拟研究

末次盛冰期结束、海侵开始后渤、黄、东海陆架潮汐、潮流的演变对该区泥沙的输运与沉积 ,以及海底地貌的形成、分布以及演变等具有深刻影响。文中数值模拟末次冰消期以来 4个特定时期 ,即比现在海面低 80 m、5 2 m、30 m海面以及全新世最大海侵时渤、黄、东海陆架的潮汐、潮流。根据不同时期的潮汐、潮流分布特征得出 ,末次冰消期以来渤、黄、东海陆架潮汐、潮流的演变过程大致以全新世最大海侵为界划分为两个阶段 :1全新世最大海侵前为渤、黄、东海陆架潮汐、潮流基本分布格局的形成阶段 ;2全新世最大海侵后 ,为基本分布格局的局部调整阶段。末次冰消期以来基本海岸轮廓的变迁是渤、黄、东海陆架区潮汐、潮流演变的主要控制因素     

Relationships Between Tidal Prism and Throat Area of Tidal Inlets Along Yellow Sea and Bohai Sea Coasts

The relationship between P (spring tidal prism) and A (throat area below mean sea level) is statistically analysed in terms of 29 tidal inlets or bays along the Huanghai Sea (Yellow Sea) and Bohai Sea coasts. For 15 of these tidal inlets, the best regression equation is A(km2) = 0.845 />(km3)1.20. The analysis shows that C and n are little different from those in the P-A relationship for the inlets of the South China Sea and East China Sea coasts. It is noted that the relationship between P and A is unstable because of the difference in sediment abundance. The study shows that a united P-A relationship can be obtained for the tidal inlets of lagoon type and bay-drowned-valley type, not containing some half-circle shape bays which confront deep water. These half-circle bays do not belong to tidal inlets because they do not have enough sediment abundance and are fairly open.     

基于FVCOM的温州近海潮汐潮流数值模拟

基于有限体积法海洋数值模型(FVCOM),构建了温州近海潮汐潮流数值模式,模式模拟区域为(120°24′00″~121°19′12″E,27°21′00″~28°24′00″N),模式水平分辨率由近岸河口区的50m,逐渐增加至开边界附近的2km。模式模拟并分析了温州近海的M2,S2,N2,K1,O1五个主要分潮。利用温州近海实测资料对模拟结果进行了验证,模拟与实测符合良好;其中与4个验潮站资料比较,M2,S2,N2,K1,O1五个主要分潮的振幅绝均差和迟角绝均差分别为4.84cm和5.14°,2.19cm和3.35°,5.18cm和4.38°,0.64cm和3.67°,0.59cm和4.61°;与9个海流连续观测站比较,流速绝均差为11.71cm/s,流向绝均差为9.66°。在模拟结果较好地反映温州近海潮汐、潮流运动状况的基础上,本文给出了各模拟分潮的潮汐同潮图和潮流椭圆分布、潮汐和潮流类型分布以及最大可能潮流分布等。     

Tidal modification and its effect on sluice-gate outflow after completion of the Saemangeum dike,South Korea

This study examined tidal modification and change in tidal currents caused by the construction of the Saemangeum dike, based on field observations and a numerical model. The Saemangeum dike was completed in April 2006, enclosing an estuarine area along the mid-western coast of South Korea. After closure of the dike, the tidal range outside the dike decreased slightly but significantly, while the inside tidal range decreased drastically. The numerical model results show that the dike construction has influenced tidal energy propagation and the tidal system in the Yellow Sea. The tidal current speed near the dike decreased abruptly following closure of the dike, except in front of the sluice gates. Since completion of the dike, outflow water discharged from the sluice gates has longer residence times due to the weakened tidal current; the change in the tidal current field has also caused greater northward expansion of outflow water. The sluice gates release fresher water, which spreads over the sea surface mainly by inertial momentum near the gate; this water is then gradually mixed with sea water farther from the gate. The less saline, possibly more contaminated outflow impacts the marine environment near the Saemangeum dike. Controlling the discharge and gate-opening timing can partially mitigate these impacts on the marine environment.     

A 2D Mathematical Model for Sediment Transport by Waves and Tidal Currents

In this study, the combined actions of waves and tidal currents in estuarine and coastal areas are considered and a 2D mathematical model for sediment transport by waves and tidal currents has been established in orthogonal curvilinear coordinates. Non-equilibrium transport equations of suspended load and bed load are used in the model. The concept of background concentration is introduced, and the formula of sediment transport capacity of tidal currents for the Oujiang River estuary is obtained. The Dou Guoren formula is employed for the sediment transport capacity of waves. Sediment transport capacity in the form of mud and the intensity of back silting are calculated by use of Luo Zaosen＇ s formula. The calculated tidal stages are in good agreement with the field data, and the calculated velocities and flow directions of 46 vertical lines for 8 cross sections are also in good agreement with the measured data. On such a basis, simulations of back silting after excavation of the waterway with a sand bar under complicated boundary conditions in the navigation channel induced by suspended load, bed load and mud by waves and tidal currents are discussed.     

南黄海辐射沙洲区悬沙潮扩散规律数值研究

在对南黄海辐射沙洲区的潮汐、潮流特征作进一步探讨的基础上,数值模拟了该区的悬沙潮扩散。根据计算结果,分析了计算海域悬沙含量在一个半日潮过程中随潮流场的瞬时变化规律,研究了不同地点悬沙含量与潮位、潮流的关系,总结了涨、落潮平均含沙量的平面分布规律。结果表明,该区的潮流场控制着悬沙的扩散、运移和分布,进而控制着海底地形的发育,尤其是辐射沙洲北大南小不对称格架的塑造与辐射沙洲根部的加积淤高。     

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.     

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.     

南黄海非线性内波的数值模拟研究(2)——内潮的非线性演变

在本工作的先行部分的基础上,本文中考虑第一模态半日内潮波分别从A站位(34°4′N,125°6′E)和B站位(36°34′N,123°51′E)向西、西南和西北方向的反射和非线性演变过程,使用的数学物理模型为适用于连续层化海洋并且考虑背景正压落潮流与涨潮流不同作用的一般化的KdV模型(简称之为GKdV模型)。模拟结果表明,南黄海的内孤立波集中分布于南黄海的南部,而在其北部极少出现内孤立波的主要原因是在南黄海的南部存在较强的背景斜压环流和很强的背景正压潮流,而且在涨潮时段(相对于朝鲜半岛的西海岸而言)背景斜压环流和背景正压潮流的方向基本相同,而在南黄海的北部这2种背景流都很弱。另外,由于出现高达0.75 m/s的正压潮流,自A站位向西北方向传播的半日内潮波处于不稳定状态。