胶州湾潮汐潮流高分辨率数值模拟研究

基于采用无结构网格和有限体积方法的FVCOM陆架模式,考虑8个主要的天文分潮,建立胶州湾三维高分辨率数值模型来重现和研究其潮汐潮流变化状况。与实测资料对比验证表明,模拟结果与实测值吻合较好。在此基础上,根据模拟结果计算得到了较以往更为精细的同潮图和潮汐、潮流、余流分布特征。研究结果揭示,最大可能潮流和最大余流都发生在团岛附近,流速分别可达2.14和0.43 m/s;除了湾口附近前人报道过的4个余流系统外,还在中部首次揭示了2个相对较弱的余流系统;潮流能通量在内外湾口呈"左进右出"的结构;胶州湾的平均纳潮量为8.31亿m3;染色试验表明,胶州湾30 d的水交换率为36.8%。     

南麂岛附近海域潮汐和潮流的特征

以2008年冬季在浙江近海南麂岛附近投放的4个底锚系观测的水位和流速资料为依据,分析了潮汐和潮流特征。水位谱分析结果显示半日分潮最显著,全日分潮其次;近岸的浅水分潮比离岸大。水位调和分析结果表明:潮汐类型均为正规半日潮,近岸处的平均潮差大于3m,最大可能潮差大于6m,潮汐呈现出显著的低潮日不等和回归潮特征。流速谱分析结果显示半日分潮流最强,全日分潮流其次,且比半日分潮流小得多;近岸浅水分潮流比远离岸显著。流速调和分析结果表明:潮流类型均为正规半日潮流,靠近岸的两个站浅水分潮流较显著;最显著的半日分潮流是M2分潮流,其最大流速介于0.32～0.48m/s之间,全日分潮流均很弱,最大流速小于0.06m/s。M2分潮流均为逆时针旋转,椭圆率越靠近海底越大;最大分潮流流速分布为中上层最大、表层略小、底层最小;最大分潮流流速方向的垂向变化很小,底层比表层略为偏左;最大分潮流流速到达时间随深度的加深而提前,底层比中上层约提前30min。潮流椭圆的垂向分布显示这里的半日分潮流以正压潮流为主;日分潮流则表现出很强的斜压性。     

1970-2019年黄浦江上游年最高潮位变化及驱动因子

黄浦江年最高潮位变化关系到上海市的防洪安全,本文基于米市渡站1970－2019年年最高潮位、太湖流域降水量等数据,研究了近50 年来黄浦江上游年最高潮位的变化趋势和变异特性、发生频率变化以及潮位变化的驱动因子。结果表明：年最高潮位在1970－2019年总体呈显著上升趋势,上升幅度为81 cm,年均上升1.62 cm。1995年之后出现跳跃式的波动上升,1996－2002年相对1995年之前较大幅度上升,2003－2011年相比1996－2002年出现较明显下降,之后又较大幅度上升。随着潮位升高,各频率对应的最高潮位均较大幅度增加,升高幅度均达0.9 m以上,五十年一遇、百年一遇、千年一遇高潮位分别由1970年条件下的3.77 m、3.81 m、3.94 m升高到2019年条件下的4.71 m、4.75 m、4.92 m。与此同时,相同潮位下的重现期急剧减小,高潮位发生频率大幅度增加。分析认为,年最高潮位升高受气候变化和人类活动的综合影响,1970－1995年主要受降水量变化等气候因素的影响,1996－2019年主要受水利工程、台风频率增加等因素的影响,尤其是太湖流域太浦河等工程的修建起重要作用。     

绿色海堤的沉积地貌与生态系统动力学原理: 研究综述*

绿色海堤是传统结构工程与海岸生态系统共同组合而成的新型海堤, 用以应对未来海面上升、风暴加剧给低地海岸防护带来的挑战。需解决的问题主要有海岸生态系统消浪过程及生态系统在海堤体系中的配置方式。理论分析、现场观测、物模数模所获结果表明, 海岸生态系统确有显著的消浪功能: 1) 陆架泥区消浪, 其机制以再悬浮和浮泥运动为主, 底部摩擦为次; 2) 潮滩下部的粉砂细砂滩底部摩擦和推移质运动共同造成波能耗散, 而上部的泥滩则以再悬浮和悬沙输运为主; 3) 在盐沼、红树林、海草床等由植被构成的生态系统, 植物通过形态阻力、茎秆运动来阻滞水流、耗散波能, 其效能高于沉积物床面对波能的耗散; 4) 生物礁主要有珊瑚礁和牡蛎礁, 其消能作用主要通过床面摩擦和波浪破碎, 效能较高, 尤其是在风暴期间。生态系统如何成为海堤的有机组成部分, 尤其是侵蚀型海岸的生态位修复和绿色海堤整体设计, 还需进一步研究相关的科学问题: 与硬质工程结合的盐沼-牡蛎礁的适应性生物学; 未来环境变化条件下生态系统的稳定性; 绿色海堤生态系统空间配置及其与风暴事件的时间尺度匹配; 基于均衡剖面理论的海堤形态优化。     

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。     

南黄海辐射沙洲主要潮沟的变迁

利用1966年和1977年海图、1995年和2000年合成孔径雷达影像,结合1980年以来的陆地卫星影像和2000年的岸滩实测剖面资料对南黄海辐射沙洲区主要潮沟的位置进行了解译与分析,得出上述4个时期研究区内主要潮沟深泓线位置图。对不同时期潮沟深泓线位置图进行几何校准与叠加,对比潮沟深泓线的迁移。结果表明：潮沟具有往返周期性摆动的特点,短期摆动速度明显快于长期摆动,主沟槽最大变动速度达127m／a,而支沟槽变动速度更大。潮沟摆动与沙洲变化有明显的相关性,但两者间的关系较为复杂。辐射沙洲目前处于破碎、萎缩阶段,除沙洲中心及陆岸岸滩仍有淤积外,大部分沙洲处于侵蚀状况,同时沙洲有整体向陆迁移的趋势。     

黄河口快速沉积及其动力过程

现场观测资料和卫星遥感校准图像计算表明 ,185 5年以来 ,黄河三角洲新淤陆地 36 99km2 ,生长速率为 2 6 8km2 /a ,黄河输入三角洲 1× 10 8t泥沙形成 3 14 4km2 的陆地。进入河口区的泥沙约 88 4 %堆积在水下 8km宽的三角洲前缘。研究表明 ,这一堆积比例是河口切变锋、异重流和潮流场相互作用的结果 ,异重流在黄河汛期一直存在 ,大约搬运黄河来沙的 6 0 %沉积在三角洲前缘 ;一个潮周期内 ,切变锋出现两次 ,它能够捕获异轻羽状流中的悬浮泥沙堆积 ,也能够限制异重流的远距离扩散。切变锋消失后 ,少量悬浮泥沙才能远距离扩散 ,随潮流离开三角洲水下斜坡。     

湄洲湾潮流数值计算

采用不规则三角形网格的分步杂交法,建立了湄洲湾海域二维变动边界潮流数值模型,通过计算得到最大潮流分布、同潮时线与等振幅线、潮流椭圆、潮致欧拉余流分布及不同时刻潮流场分布。     

春夏季南黄海西部沿岸低盐水入侵温跃层现象的研究

2000年6月至2002年6月春夏季期间,在南黄海春夏季南黄海西部沿岸低盐水入侵温跃层现象的研究鱼产卵场进行了4个航次的多学科调查,海洋水文观测分析结果表明:在苏北浅滩外侧、成山头—石岛外侧的层化海区的温跃层中存在低盐水现象.春夏增温季节温跃层加强,低盐水入侵现象逐渐增强;入侵强度也存在年际变化.苏北浅滩入侵低盐水舌向北偏东方向延伸,水舌较宽,入侵较远;石岛附近入侵低盐水舌向南偏西方向延伸,水舌较窄,入侵较弱.温跃层中低盐水是由于沿岸低盐水入侵造成的,并与当地的潮锋现象存在密切的关系.     

Reynolds stress and TKE production in an estuary with a tidal bore

We report new measurements of the turbulent properties of the flow in a tidally energetic estuarine channel of almost uniform cross-section. A high-frequency (1.2 MHz), bottom-mounted Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) has been used to observe the velocity field at a sampling rate of 10 Hz in parallel with measurements of the surface elevation by tide gauges. Our data have been analysed using the Variance Method to determine turbulent kinetic energy (TKE), shear stress and TKE production over the tidal cycle with a time resolution of 60 s. During the highly energetic but brief flood period, when the surface axial velocity reaches 2 m s⁻¹, we observed large values of stress (>2 Pa) and shear production (5 W m⁻³). TKE is also input through the release of energy in the bore itself which results in a brief but intense injection of energy at the bore front with large transient TKE levels (100 J m⁻³). Subsequent input by shear production maintains TKE levels which are generally lower (20 J m⁻³) than the strong peak associated with the bore for the rest of the flood. On the ebb, the flow is relatively tranquil with maximum speeds 0.5 m s⁻¹ and peak TKE production rates of 0.1 W m⁻³.The flow and elevation data have also been used to estimate the energy fluxes into and out of the estuary. Short (1 h), intense energy inputs (8 MW at springs) on the flood flow are largely balanced by longer, less intense seaward energy flow on the ebb. The net energy input is found to be 0.1 MW at springs which is consistent with estimates of upstream dissipation. Peak dissipation in the bore itself may exceed the mean energy input but it is active only for a small fraction of the tidal cycle and its average contribution does not exceed 12% of total dissipation.