同时考虑余流和潮流的海洋模式开边界条件

为较真实地数值模拟浅海环流，需考虑潮流的作用，因在浅海潮混合和潮致余流对环流具有较重要的作用。为保证计算区域内水量流进和流出的平衡，开边界条件需以流速代替水位给出。但这样做必须首先验证开边界条件在以潮流和潮位给出的情况下，计算域内的潮汐和潮流是一致的，随后才能考虑潮流和余流的合成。能否在开边界上同时考虑余流和潮流，在数值上必须首先得到验证。该文设计一个理想海湾，应用ECOM模式，数值试验表明开边界条件用潮流替代潮位，计算域内计算结果是一致的；开边界上同时给出余流和潮流可成功地模拟计算域内的余流场的分布。该文结论对余流和潮流共存情况下海流的数值计算具有推广价值。     

潮致垂直涡动粘性系数的参数化

在理想地形条件下利用POM设计一套理想数值试验，由Mellor-Yamada湍流闭合方案对潮流所导致的海洋近底层垂向混合作用进行模拟计算，统计分析了不同水深和潮流振幅情况下潮致底混合层厚度和垂直涡动粘性系数的分布，进而对潮流引起的垂直混合作用进行参数化，得到了一个潮致垂直混合涡动粘性系数的拟合公式.将该公式应用于原理想试验中以取代在模式开边界加潮流边界条件的做法，得到了与加潮流边界条件较为一致的计算结果，验证了参数化方案的可行性.将该参数化方案应用于渤海、黄海和东海环流数值模式中，模拟的海洋温度三维结构与实际观测基本吻合.     

东海黄海渤海8个主要分潮的数值模拟

应用球面坐标系下ECOM数值模式,数值模拟了东海黄海渤海的8个主要分潮M₂、S₂、N₂、K₂、K₁、O₁、P₁和Q₁.采用高分辨率网格,计算区域包括东海黄海渤海、东海陆架坡和琉球以东西北太平洋,考虑实际水深和岸线.开边界条件由全球大洋潮汐模式计算的调和常数给出.较成功地模拟出了8个分潮的传播特征,再现了计算区域内半日分潮的5个无潮点和2个蜕化的半个无潮点、全日分潮的3个无潮点.与65个潮位站的观测资料比较,模式计算的M₂、S₂、K1和O₁分潮振幅和位相的均方差分别为7.85 cm和6.81°,5.04cm和8.14°,3.82cm和13.04°,4.34cm和9.33°.与17个潮位站的观测资料比较,N₂、K₂、P₁和Q₁分潮振幅和位相的均方差分别为3.64cm和7.89°,8.47cm和10.51°,1.76cm和7.56°,1.50cm和26.34°.模式模拟的结果可为河口海岸小区域模式提供较为可靠的外海开边界潮汐调和常数资料.     

灌河口潮汐潮流不对称研究

基于灌河口2007年5月的潮位、潮流实测数据,对灌河口的潮汐和潮流不对称现象进行研究。首先对潮流、潮位实测数据进行调和分析,探讨灌河口M2分潮及其倍潮波的沿程分布特征,再通过潮位-流速关系图研究M4、M6及M8分潮对潮汐变形的影响,最后利用理论判断法则对灌河口潮汐不对称进行判别。结果表明,灌河口的潮波兼具驻波和行进波的特征,灌河口潮汐不对称主要受M4分潮的影响,呈涨潮主导型。河口口门内最大涨(落)潮流速出现在最低(高)潮位与中潮位之间时刻。M4分潮导致最大涨(落)潮流速增大(减小),最大涨(落)潮流速与最低(高)潮位之间的相位差增大。M6与M8分潮的作用不大。     

海洋环流模式研究回顾与展望

大洋环流的强度变化,对区域乃至全球气候有重要影响.综述了在过去50年中,海洋模式的发展.经过了几代人的开发,国内外全球大洋环流模式、近海和区域环流模式都有了很大改进,能较好地模拟大洋海面温度和高度的分布、海流分布以及El Nino和La Nina的演变过程等.但是,由于观测资料的短缺,数值模式开发还不够完善,海洋边界流的模拟仍不够好.有些探索是基于压力坐标的、非Boussinesq近似的海洋环流模式;将海洋模式的开边界以余流和潮流合成给出,能保证整个计算区域内水量进出的平衡;摒弃刚盖模型,用自由表面模型取而代之,以及借助海洋资料同化系统,开发海气耦合模式,都是海洋环流模式的发展方向.众多研究认为,不断改进和完善动力框架和各种差分格式的设计将有助于提高海洋环流模式的模拟能力.     

渤海垂直湍流混合强度季节变化的数值模拟

渤海为极浅陆架海，其中湍流耗散作用显著，将三维斜压陆架海模式－HAMSONM应用于渤海，以渤海周边台站每天4次的规气象资料作为风和热驱动，渤海海峡开边界以5个主要分潮调和常数计算水位强迫，计算了渤海1982年水文要素和流场变化，并用模式以湍的局地平衡理封闭计算出垂直流粘性的时间分布，结果表明，渤海湍流混合冬强夏弱，变化幅度较大（10－200cm^2/s)，这是风搅拌和潮混合的湍流输入在密度层化调整下的结果，风的作用在冬季强于潮的作用，而底层则由潮混合控制呈现半月周期，渤海湍粘性系数的空间分布十分复杂，这是在渤海地形和岸形轮廓限制下，由一定大气条件驱动的流场和密度场导致的湍流混合强不同所致。     

风应力和科氏力对长江河口没冒沙淡水带的影响

应用改进的三维数值模式ECOM,考虑径流、潮汐潮流、地形、混合和口外陆架环流等多种动力因子,研究风应力和科氏力对枯季长江河口南槽没冒沙淡水带形成的影响.枯季没冒沙区域存在着淡水带,其形成的动力机制主要是长江径流和振荡的潮流.本文的数值计算结果表明,在分叉的长江河口,枯季北风产生向岸的埃克曼输运,导致北港流进南港和南槽流出的水平风生环流,阻挡了南槽外海盐水的入侵,有利于没冒沙水域淡水带的形成.在北半球科氏力使水流运动向右偏转,上游径流带来的淡水沿南汇边滩下泄,有利于没冒沙水域沿岸淡水带的形成.     

江苏辐射沙洲海域最大可能潮差的计算与分析

为江苏辐射沙洲湿地开发和沿岸港口建设的需要,研究并建立了辐射沙洲海域及沿岸港口最大可能潮差的计算公式.利用改进的G·Godin潮汐调和分析程序对江苏省辐射沙洲海域的21个验潮站潮位资料进行分析.利用Delft3D数值模型对辐射沙洲海域潮流动力进行计算,得到模拟海域8个主要分潮的潮汐调和常数.运用统计分析方法,给出适用于江苏辐射沙洲海域最大可能潮差的计算公式.经验证,该公式简捷、实用,其相对误差绝对值均小于0.5%.     

枯季伶仃航道三期工程对盐淡水混合的影响

伶仃洋为一典型的复合型潮汐河口湾,以潮流动力作用为主.伶仃洋枯季盐淡水混合具有很大的时空变化特点,不能认为是单一的缓混合型;另外,航道加深会影响动力及物质输运.文中在动力地貌学的基础上,采用机制分解法和三维数学模式研究了航道三期工程前后航道的动力变化和盐淡水混合特征.结果表明:伶仃航道上、中、下3个区段的动力特点以及盐淡水混合机制不同;工程后陆架水从底层入侵河口比较明显;涨、落潮流速增大,航道的垂向环流明显增强;表层的流速增大幅度较底层大;工程后分层系数和环流系数都有所加大,盐淡水混合作用加强.     

伶仃洋西槽洪季水沙纵向输移机制研究

根据2003年实测数据,运用物质纵向输移模式计算了丰水大潮期伶仃洋西槽的水量和泥沙纵向输移量,研究了伶仃洋西槽洪季水沙纵向输移机制及水量输移特征,并针对泥沙输移特征,用底层流速和含沙量的相位变化以及表底层盐度的变化对悬沙输移机制进行了分析.结果表明:伶仃洋西槽垂向环流发育,泥沙输移特征明显;径流、潮流变形以及盐淡水异重流是形成西槽水量输移的主要原因;潮流不对称性和底层泥沙再悬浮对潮汐捕集输沙的贡献明显,盐淡水混合和纵向水体梯度对垂向净环流输沙的贡献明显.     

基于潮汐调和分析的全球定位系统-多路径反射测量技术潮位预报

基于全球定位系统的多路径反射(GPS-MR)测量技术的潮位监测已经成为验潮站监测的有效补充,但较少学者利用GPS-MR反演潮位进行潮汐调和分析和预报.为了验证GPS-MR潮位预报的可能性,利用美国大陆板块边缘观测组织(PBO)提供的GPS信噪比数据进行潮位反演,将该反演结果重采样为等间隔潮位序列,利用该潮位序列计算各分潮的调和常数,并进行潮汐预报.通过与美国海洋与大气局(NOAA)提供的实测验潮数据进行对比,结果表明:GPS-MR反演潮位与验潮站实测潮位具有一致性,相关系数为0.94,均方根误差为0.16 m;经样条函数拟合后的1 h GPS-MR潮位序列预测结果同采用验潮站潮位进行预测结果精度相当,同验潮站实测潮位的均方根误差为0.14 m,相关系数为0.97.可见,利用GPS-MR技术进行潮位监测和预报是可行的.     

长江口杭州湾及邻近海区潮汐潮流场三维数值模拟

把长江河口、杭州湾及领近海区作为整体,应用三维高分辨率非正交曲线网格河口海洋模式,模拟了4个主要分潮M2,S2,K1,O1。在长江口外半日分潮M2、S2从东南方向传入长江口和杭州湾,全日分潮K、,O1从北向南传播。这4个分潮的振幅在长江口南支向上游逐渐减小,但因杭州湾和长江口北支呈喇叭状,而向上游逐渐增加。计算潮差变化过程和实测值基本一致,4个分潮潮位振幅和位相的计算值与验潮站观测值相比,误差大部分在10％以内。结合1996年2－3月长江河口现场观测,考虑了径流的作用,三维数值木匠敢计算域内流场。结果表明,即使在斜压效应不太明显的口门内,流速在垂直方向存在着明显的差异,上层流速明显大于下层流速;潮流具有不对称性,由于径流的作用,落潮时间明显大于涨潮时间,落潮流大于涨潮流,但在象北支涨潮槽中,涨潮流反而比落潮流大。模拟出的以上结论与观测结论为一致。     

北部湾及广西近海潮流数值模拟

该文采用二维浅水模型模拟分析了北部湾海域潮流系统,并在此基础上建立了广西沿海一、二维耦合水动力模型,模型中考虑了广西沿岸6条主要入海河流对近岸水动力的影响,进一步分析了广西近海海域潮致余流场及其对近海污染物输移扩散的影响。模型潮位计算值和实测值符合良好。结果显示:K1分潮在北部湾口形成一个逆时针旋转潮波系统,M2分潮在湾顶越南海防附近形成逆时针旋转潮波系统,广西近海海域K1分潮占优。广西沿海海域内,离岸较近的海域余流场相对较强,余流速度受浅水效应及湾口等地形缩窄影响而增强;离岸较远海域余流明显减弱,水体交换能力降低。     

江苏海岸港口特征潮位计算与分析

利用潮汐调和分析程序对江苏海岸6个港口2001年4~6月份的高低潮位资料进行调和分析,得出了11个分潮的调和常数、平均海平面和特征潮位,并进行了一致性验证.利用预报程序预报了2000~2005年的时序潮位和高、低潮位,所得结果与潮汐表预报潮位基本一致.利用预报结果计算了工程设计高、低潮位,时序潮位累积频率99%对应的潮位与低潮位序列数据累积频率90%对应的潮位一致.根据特征潮位数据拟合出了各验潮站特征潮位间的关系表达式.     

潮汐对沿海城市下水道硫化氢污染的影响研究

沿海城市下水道易受潮汐影响,使得部分海水周期性地进出城市排水管网,从而改变下水道中的硫化氢产生与转化过程. 为此,通过实验和数学模型评估香港排水管网某感潮管段受潮汐作用影响. 实验结果表明,潮汐作用显著提高了下水道污水的硫化物峰值,导致硫化氢污染情况明显恶化;同时硫化物浓度与潮位呈反比,出现周期性变化;但海水入侵带来的溶解氧和稀释作用一定程度上缓和了这一影响,体现为大潮时的硫化物峰值浓度相对提升较少. 建立的下水道感潮管段水质数学模型可以较好地模拟、再现这一过程. 以上结果表明,潮汐作用使下水道的硫化氢污染问题恶化并使硫化物浓度随潮汐涨退呈周期性变化,通过数学模型优化控硫药剂投加方案可以实现更有效、更经济的感潮管段硫化氢污染控制.     

潮汐对沿海城市下水道硫化氢污染的影响

沿海城市下水道易受潮汐影响,使得部分海水周期性地进出城市排水管网,从而改变下水道中的硫化氢产生与转化过程.为此,通过实验和数学模型评估香港排水管网某感潮管段受潮汐作用影响.实验结果表明:潮汐作用显著提高了下水道污水的硫化物峰值,导致硫化氢污染情况明显恶化;硫化物质量浓度与潮位呈反比,出现周期性变化;海水入侵带来的溶解氧和稀释作用一定程度上缓和了这一影响,体现为大潮时的硫化物峰值质量浓度相对提升较少;建立的下水道感潮管段水质数学模型可以较好地模拟、再现这一过程.由此可见,潮汐作用使下水道的硫化氢污染问题恶化并使硫化物质量浓度随潮汐涨退呈周期性变化,通过数学模型优化控硫药剂投加方案可以实现更有效、更经济的感潮管段硫化氢污染控制.     

长江口综合整治工程前后潮汐特征分析

利用改进的Godin潮汐调和分析及预报程序,对长江口北槽附近横沙和北槽中两验潮站的潮位资料进行调和分析,得到不同年份不同时段11个分潮的振幅H、迟角g、平均海平面值Z0以及各站的特征潮位.根据计算结果比较长江口综合整治工程前后横沙站和北槽中站各主要分潮(M2,S2,K1,O1)调和常数的变化,分析综合整治工程前后特征潮位的变化趋势;利用工程前的潮汐调和常数预报2002年、2003年和2006年横沙和北槽中两验潮站的潮位过程,对预报潮位过程和实测潮位过程进行比较.分析结果表明,两站主要分潮的调和常数、特征潮位以及潮位过程,在整治工程后特别是2003年和2006年发生了较明显的变化.     

渤海湾二维温带风暴潮与波浪耦合数学模型

基于二维温带风暴潮控制方程和动量谱平衡方程理论,建立了二维温带风暴潮与Swan波浪计算模式相结合的波流耦合数学模型,研究了波浪辐射应力对渤海湾二维温带风暴潮过程的影响,通过对发生在该区域的2次温带风暴潮过程的模拟计算,得到了波浪辐射应力作用前后的风暴潮潮流、潮位变化过程,并与塘沽验潮站实测的潮位变化过程进行对比.结果表明:波浪辐射应力对不同风暴潮过程的影响程度不同,与风应力的分布规律有关;考虑辐射应力作用的波浪与风暴潮耦合模型的模拟潮位变化过程和实测潮位变化过程较吻合,波浪辐射应力对岸线附近潮流形态的影响较明显.     

一个三维斜压浅海模式的建立及其在东中国海环流中的应用

为了适应东中国海复杂区域研究的需要，本文采用球坐标系，再转换到σ坐标系，考虑斜压作用并引潮力，设计了一个垂直分层可变的三维非线性斜压原始方程浅海与陆架预报模式.本文考虑自由海表面，应用到东中国海环流的数值研究.模拟结果与中国近海流场基本吻合，并讨论了季节特征.模式对冲淡水扩展和海洋环境预测有广泛的应用前景.     

FVCOM模型在渤海湾潮流潮汐模拟中的应用

浅海是潮运动占优的海域,潮汐、潮流对物质输运和水交换有重要影响．采用非结构有限体积近岸海洋模型（FVCOM）模拟渤海湾的三维潮汐潮流分布和变化规律,非结构网格能真实地拟合岸线,刻画出渤海湾的复杂岸线,能够较好地计算出渤海湾的潮汐潮流的时空分布特点,与实测值吻合较好．模拟的M,分潮振幅的平均方差为7．33cm,迟角的平均方差为11．53°．在渤海湾,M2分潮的最大振幅为120cm,湾内的迟角差为70°;渤海湾湾中潮余流较弱,流速在0—0．6cm／s．渤海湾是潮流较强的区域,海区的最大可能潮流流速超过100cm／s．