李 嵩，管衛(wèi)兵*,4，曹振軼，何天祺，楊 昀

(1.衛(wèi)星海洋環(huán)境動力學(xué)國家重點實驗室,浙江 杭州 310012;2.自然資源部 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012;3.上海交通大學(xué) 海洋學(xué)院，上海 200240;4.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室(珠海),廣東 珠海 519080)

0 引言

大亞灣是中國南海重要海灣，地處廣東省東南、珠江口東面，西與大鵬灣接壤，東和紅海灣毗鄰，海岸曲折多變，是淺水分潮研究的熱點區(qū)域。楊國標(biāo)[1]通過水文測驗資料分析了大亞灣海區(qū)的潮流性質(zhì)、運動形式以及余流特征，認為大亞灣潮流受淺水效應(yīng)影響顯著。吳仁豪 等[2]通過HAMSOM模型模擬了大亞灣海域的潮汐、潮流和余流，結(jié)果表明大亞灣海域潮流以不正規(guī)半日潮為主，灣內(nèi)余流呈夏季小、冬季大的特點。王聰 等[3]利用ECOM-si模型研究大亞灣余流，結(jié)果表明潮致余流是影響大亞灣水交換能力的重要因素，并且風(fēng)場對水交換有重要影響。武文 等[4-5]利用實測資料和FVCOM模型對大亞灣潮波系統(tǒng)進行了研究，結(jié)果表明，六分之一日潮在大亞灣內(nèi)快速增長并與M2、M4分潮相互影響在灣內(nèi)形成潮位和潮流“雙峰”現(xiàn)象。刁希梁 等[6]同樣利用FVCOM模型研究了大亞灣海域潮位“雙峰”現(xiàn)象的生成機制，得出M6分潮的異常增長是引起這一現(xiàn)象的主要原因，而引起M6分潮異常增長的原因是共振效應(yīng)，同時非線性二次底摩擦的作用是M6獲得能量的最根本原因和控制因子。

大鵬灣與大亞灣毗鄰相接，有著幾乎相近的水平尺度，但其潮波的淺水變形現(xiàn)象未被很好地關(guān)注。本文利用較長時間序列的實測資料，分析大亞灣和大鵬灣潮汐水位的“雙峰”現(xiàn)象，并基于SCHISM模型構(gòu)建較之于武文 等[4-5]模型區(qū)域更大的高分辨率水動力模型，旨在進一步消除邊界效應(yīng)的基礎(chǔ)上，更真實還原大亞灣及大鵬灣海域的潮汐動力過程，探究大亞灣和大鵬灣兩個相鄰海灣潮波淺水變形的異同及其影響因素。

1 數(shù)據(jù)分析與淺水分潮

1.1 數(shù)據(jù)分析

本文采用的地形數(shù)據(jù)主要依據(jù)中華人民共和國航保部2014年出版的海圖岸線和水深，在灣外結(jié)合topo_30sec水深數(shù)據(jù)構(gòu)建研究區(qū)域地形(圖1a)。逐時潮位、流速實測資料來自于惠州海洋局。大亞灣內(nèi)有6個潮位站：澳頭綜合潮位站、石化區(qū)綜合潮位站、巽寮赤砂綜合潮位站、巽寮綜合潮位站、平海綜合潮位站、港口綜合潮位站(以下分別簡稱為澳頭站、石化站、赤砂站、巽寮站、平海站和港口站)；4個潮流站為：鵝洲綜合浮標(biāo)站、喜來登酒店綜合浮標(biāo)站、桑洲綜合浮標(biāo)站(以下分別簡稱為鵝洲站、喜來登站、桑洲站)和1個實測潮流站位C4。大鵬灣內(nèi)有2個潮位站：鹽田港和高流灣(圖1b)。

利用T_TIDE[7]數(shù)據(jù)包對巽寮站和赤砂站兩個月(2019-04-01—2019-05-31)的潮位數(shù)據(jù)進行調(diào)和分析，得到35個分潮的調(diào)和常數(shù)，用這些調(diào)和常數(shù)預(yù)報潮位，與實測數(shù)據(jù)進行對比(圖2)。結(jié)果表明，大亞灣確實存在潮汐水位“雙峰”現(xiàn)象，在1 d中的2次高潮期間，都有明顯的水位下降再上升的現(xiàn)象，而在低潮時并沒有明顯“雙谷”現(xiàn)象(圖2c和2d)。實測與回報之間存在誤差可能是天氣過程導(dǎo)致的亞潮波動引起的。

對高流灣和鹽田港兩個站進行同樣的潮位數(shù)據(jù)處理，結(jié)果表明，在大鵬灣內(nèi)，也存在潮位“雙峰”現(xiàn)象，但強度遠小于大亞灣。在大鵬灣1 d中的2次高潮里，未都呈現(xiàn)“雙峰”水位的現(xiàn)象，僅較高水位的高潮表現(xiàn)出明顯的潮位“雙峰”現(xiàn)象(圖3)。

圖2 大亞灣潮位實測與調(diào)和分析回報結(jié)果Fig.2 Observed and predicted water level in Daya Bay

圖3 大鵬灣潮位實測與調(diào)和分析回報結(jié)果Fig.3 Observed and predicted elevation in Dapeng Bay

1.2 淺水分潮

前人研究認為潮汐“雙峰”是淺水分潮疊加在天文分潮上形成的，起主要影響作用的分潮是M2、M4和M6的組合，其中M6的異常增長是導(dǎo)致潮汐水位“雙峰”現(xiàn)象的根本原因[4-6]。本文對大亞灣內(nèi)6個潮位站和大鵬灣內(nèi)2個潮位站的潮位數(shù)據(jù)進行調(diào)和分析，得到上述M2、M4和M6分潮的調(diào)和常數(shù)(表1)。對比不同站位淺水分潮振幅的變化，可以看出在大亞灣，從灣口的平海站至灣頂?shù)某嗌罢荆琈4振幅增長了2倍多，增幅為202.57%；M6振幅增長了近8倍，增幅為773.08%，達到與M4振幅同一量級；而M2只有少許增長，增幅為19.32%。灣頂處，赤砂站的淺水分潮振幅大于澳頭站和石化站，同時該站的遲角也較大，其原因可能是灣內(nèi)東北部存在小海灣，淺水分潮在赤砂站仍然繼續(xù)增長，而在西部的石化站和中部的澳頭站達到極值。大鵬灣內(nèi)2個潮位站的M2、M4和M6淺水分潮振幅較港口站均有所增大，但在2站之間差別不大，表明淺水分潮在大鵬灣內(nèi)未出現(xiàn)明顯的繼續(xù)增長的趨勢(表1)。

表1 大亞灣和大鵬灣潮位調(diào)和常數(shù)Tab.1 Tidal harmonic constants in Daya Bay and Dapeng Bay

為了驗證大亞灣內(nèi)M4和M6分潮異常增長對潮位“雙峰”現(xiàn)象的影響，本文對赤砂站潮位數(shù)據(jù)分別作了3組處理：(1)在潮位回報時剔除M4和MS4分潮；(2)在潮位回報時剔除M6和2MS6分潮；(3)在潮位回報時剔除M4、MS4、M6和2MS6分潮(圖4)?？梢钥吹?，單獨剔除M4和MS4或M6和2MS6分潮時，仍出現(xiàn)潮位“雙峰”現(xiàn)象，但信號有所減弱；同時剔除這兩組淺水分潮時，潮位“雙峰”現(xiàn)象則基本消失。剔除實驗表明，M4、MS4、M6和2MS6分潮的異常增長，是大亞灣潮位“雙峰”現(xiàn)象的主要成因。

圖4 赤砂站剔除部分分潮的潮位回報Fig.4 Predicted elevation without using parts of shallow water constituents in Chisha station

2 模型構(gòu)建與驗證

2.1 SCHISM水動力模型簡介

SCHISM(Semi-implicit Cross-scale Hydroscience Integrated System Model)[7-9]是在SELFE(Semi-implicit Eulerian-Lagrangian Finite Element)[10]模型基礎(chǔ)上開發(fā)的一種基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的建模系統(tǒng)，旨在模擬包含溪流、湖泊、河流、河口、大陸架、海洋等多尺度的3D斜壓環(huán)流。它使用基于Eulerian-Lagrangian算法的半隱式有限元和有限體積方法來求解Navier-Stokes方程，以模擬各種物理和生物過程。質(zhì)量守恒通過有限體積傳輸算法來實施。SCHISM模型具有模擬海洋環(huán)流、海嘯危害、波流相互作用、沉積物運輸、生物地球化學(xué)、水質(zhì)和溢油的模塊。

2.2 模型配置

選用上文所述SCHISM模型構(gòu)建正壓水動力模型。模型計算范圍東起碣石灣東部灣口(116°E)，西至深圳市西南珠江口(113.6°E)，南抵東沙島以西21°N附近海域(圖1a)。利用SMS(Surface-water Modeling System)在水平方向建立三角網(wǎng)格(圖1a)，包含250 085個節(jié)點以及490 950個三角網(wǎng)格，空間分辨率最高達50 m，垂直分層共11層。本文在開邊界使用15個分潮(K1、O1、P1、Q1、M2、S2、N2、K2、M4、MS4、M6、2MS6、SSA、MM、MF)作為潮驅(qū)動。水位和潮流分量的分潮調(diào)和常數(shù)(振幅、遲角)由水平分辨率1/16°的FES_2014(https://www.aviso.altimetry.fr/en/data/products/auxiliary-products/global-tide-fes.html)模型結(jié)果插值得到。底摩擦拖曳系數(shù)CD定義使用公式：

(1)

式中：δb為底層計算單元的厚度(假設(shè)底層在SCHISM中得到充分的解決，底層計算單元在邊界層內(nèi))；z0為底部粗糙度，取值0.005 m[11]；k0=0.4，是Von Karman常數(shù)。模擬采用冷啟動，時間為2019年3月1日起至同年5月30日，時長共90 d，時間步長60 s。模型逐小時輸出計算結(jié)果，取后60 d結(jié)果用于研究分析。

2.3 模型驗證

2.3.1 調(diào)和常數(shù)驗證

本文使用FOREMAN et al[12]提出的矢量誤差公式處理實測數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)，進行調(diào)和常數(shù)驗證。具體計算公式為：

(2)

式中：diff為矢量誤差，a0和g0為實測數(shù)據(jù)調(diào)和常數(shù)(振幅和遲角)，am和gm為模型數(shù)據(jù)調(diào)和常數(shù)(振幅和遲角)?？紤]到大亞灣和大鵬灣相同的地理區(qū)域和相似的水文環(huán)境，本文提取大亞灣內(nèi)6個潮位站的水位數(shù)據(jù)的模擬結(jié)果進行調(diào)和分析，模型結(jié)果調(diào)和常數(shù)見表2，模型結(jié)果調(diào)和常數(shù)誤差見表3。由表3可知，除港口站M4和M6的遲角數(shù)據(jù)誤差較大，其他灣內(nèi)站位數(shù)據(jù)的誤差均較小，表明模型可以很好地模擬大亞灣灣內(nèi)水文特征。由于港口站位于灣口轉(zhuǎn)角處，可能是因地形模擬不精確導(dǎo)致了遲角誤差較大。

表2 模式結(jié)果調(diào)和常數(shù)Tab.2 Simulated harmonic constants

表3 模式結(jié)果調(diào)和常數(shù)誤差Tab.3 Errors of simulated harmonic constants

2.3.2 潮位驗證

選取大亞灣內(nèi)港口站、平海站、巽寮站、赤砂站和澳頭站進行潮位驗證(圖5)，數(shù)據(jù)的驗證時段取模型啟動30 d后，2019-04-01—2019-05-30。各站模擬結(jié)果均再現(xiàn)了大亞灣內(nèi)高潮水位雙峰值的特征，尤其在大潮期間更為明顯。從港口站—澳頭站，隨著站點位置從灣口向灣內(nèi)深入，高潮水位雙峰值的特征也愈發(fā)明顯。本模型很好地反映出大亞灣附近海域的潮位變化。大鵬灣與大亞灣相鄰，水文特征相似，可以認為模型對于大鵬灣潮位的模擬也是可信的。

圖5 大亞灣內(nèi)潮位驗證結(jié)果Fig.5 Verification results of tide level in Daya Bay

2.3.3 潮流驗證

因為小潮期非線性項、風(fēng)場、氣壓場的作用更加顯著，影響模擬效果，所以本文選取大潮期的大亞灣內(nèi)C4站2015年1 d的實測資料對流速進行驗證(圖6)。模擬流速與實測流速基本吻合，流向變化趨勢相同，認為模型可以還原大亞灣和大鵬灣附近海域的潮流特征。

通過對調(diào)和常數(shù)、潮位、潮流的驗證，認為已設(shè)置的模型可以很好地模擬大亞灣和大鵬灣海域的水文特征。所構(gòu)建的水動力模型是準(zhǔn)確可靠的，可以用于后續(xù)研究。

圖6 大亞灣內(nèi)C4站潮流驗證結(jié)果Fig.6 Tidal current verification results of C4 station in Daya Bay

3 結(jié)果與討論

3.1 分潮特征

本文選取了代表半日分潮的M2分潮、代表四分之一日分潮的M4分潮、代表六分之一日分潮的M6分潮進行分析。

3.1.1 潮汐類型與潮流類型

在多種分潮的共同作用下潮汐會形成不同類型，以K1、O1和M2分潮振幅的比值K作為判斷該地區(qū)潮汐類型的判據(jù)；以K1、O1和M2分潮的潮流橢圓長半軸的比值F作為判斷潮流類型的判據(jù)：

K=(HK1+HO1)/HM2

(3)

F=(WK1+WO1)/WM2

(4)

具體判據(jù)如表4所示，根據(jù)公式計算的判據(jù)結(jié)果如圖7所示。大亞灣和大鵬灣附近海域，以K值為2的等值線為分界，該等值線以東海域，K值在2～3之間，潮汐類型為不規(guī)則全日潮；以西海域，K值在1.5～2 之間，潮汐類型為不規(guī)則半日潮。研究區(qū)域F值基本分布在1附近，潮流類型表現(xiàn)為不規(guī)則半日潮流。

表4 潮汐類型與潮流類型判據(jù)Tab.4 Criterion of tidal type and tidal current type

圖7 潮汐類型與潮流類型判據(jù)計算結(jié)果Fig.7 Calculation results of tidal type and tidal current type criterion (白色等值線表示潮汐類型判據(jù)K，填色表示潮流類型 判據(jù)F。) (White contour lines represent tidal type criterion K, and color-filling represent tidal type criterion F.)

3.1.2 分潮振幅與遲角

以分潮振幅來表示分潮強度，以遲角來展示其傳播過程。M2分潮沿岸線自東北向西南傳播，在灣外，同振幅線分布均勻，振幅自東南向西北逐漸增大；在大亞灣和大鵬灣內(nèi)，同振幅線均呈現(xiàn)平行于灣頂岸線的特征，振幅增長變化不大(圖8a)。M4分潮傳播方向自東向西，在灣外，同振幅線平行岸線分布，離岸越近振幅增長越劇烈。在大亞灣內(nèi)，M4分潮傳播從平行于岸線轉(zhuǎn)為垂直于灣頂岸線方向，呈明顯的右旋趨勢，在赤砂站以東振幅達到極值。在大鵬灣內(nèi)，M4分潮傳播方向呈明顯左旋趨勢，在高流灣以西振幅達到極值，該值小于大亞灣內(nèi)振幅極值(圖8b)。M6分潮在灣外振幅很小，M6分潮存在2個無潮點，在(21.975° N，114.425° E)附近，潮流逆時針旋轉(zhuǎn)；在(21.475° N， 114.480° E)附近，潮流順時針旋轉(zhuǎn)。在遠離海岸的區(qū)域M6分潮振幅很?。辉诮稙惩?，自東向西，M6分潮振幅先降低后增加；在兩個海灣的灣口處振幅出現(xiàn)明顯增加；進入海灣后，在大亞灣內(nèi)的增長明顯強于大鵬灣內(nèi)(圖8c)。

在大亞灣內(nèi)3個分潮的傳播方向均以自南向北為主，在東北部的灣頂?shù)男『硟?nèi)轉(zhuǎn)為自西向東；在大鵬灣內(nèi)傳播方向均以自東向西為主。3個分潮在海灣內(nèi)呈現(xiàn)出相似的傳播過程和增長趨勢，其中M4分潮和M6分潮在大亞灣內(nèi)的增長明顯強于在大鵬灣內(nèi)的增長。

圖8 計算區(qū)域M2(a)、M4(b)和M6(c)分潮的振幅和遲角Fig.8 Amplitude and phase of M2(a), M4(b) and M6(c) (圖中填色表示振幅，單位：m；白色等值線表示遲角，單位：°。) (Filled contour represents amplitude，uint: m. White contours represent phase, unit: °.)

3.1.3 分潮潮流橢圓

潮流運動形式用潮流橢圓短軸和長軸之比(旋轉(zhuǎn)率)來表示，比值的絕對值越小，表明潮流往復(fù)性越強；絕對值越大，表明潮流旋轉(zhuǎn)性越強。正值表示潮流呈逆時針旋轉(zhuǎn)，負值表示潮流呈順時針旋轉(zhuǎn)。

M2分潮，在灣外，潮流橢圓分布均勻，橢圓長軸相對垂直于同振幅線，旋轉(zhuǎn)率絕對值小于0.3，以往復(fù)流為主。在115°E以東海域，旋轉(zhuǎn)方向以順時針方向為主，在115°E西海域，旋轉(zhuǎn)方向以逆時針方向為主。進入大亞灣后，M2分潮潮流流速增大，旋轉(zhuǎn)性降低，呈現(xiàn)出強的往復(fù)流性質(zhì)，橢圓長軸呈南北向。在大鵬灣西部灣口，M2流速增加，旋轉(zhuǎn)率增大，進入大鵬灣后，潮流仍以往復(fù)流為主，但流速沒有明顯增加(圖9a)。M4分潮，在灣外，潮流橢圓呈明顯的逆時針旋轉(zhuǎn)流分布特征，在大亞灣東側(cè)灣口和大鵬灣西側(cè)灣口，旋轉(zhuǎn)率絕對值增大，旋轉(zhuǎn)性更明顯。在兩個灣內(nèi)，M4分潮潮流橢圓的分布與M2分潮類似，與灣外相比，流速相對增大，往復(fù)流特征更顯著(圖9b)。M6分潮，在灣外，潮流以旋轉(zhuǎn)流為主，分別在(21.4°N,114.5°E)和(22°N,114.4°E)有一順時針旋轉(zhuǎn)中心和逆時針旋轉(zhuǎn)中心，位置與無潮點基本吻合。在近岸海域，潮流橢圓旋轉(zhuǎn)率減小，在大亞灣和大鵬灣灣口轉(zhuǎn)為往復(fù)流；進入灣內(nèi)，潮流橢圓的分布與M2分潮類似，流速急劇增大，往復(fù)流特征更加明顯(圖9c)。

3個分潮在大亞灣和大鵬灣內(nèi)都表現(xiàn)出強的南北往復(fù)流性質(zhì)，各分潮流速大小為M2>M4>M6.，其中M4、M6分潮流速在灣內(nèi)比灣外有明顯增加。

圖9 M2(a)、M4(b)和M6(c)分潮的潮流橢圓及旋轉(zhuǎn)率分布Fig.9 Ellipse track and eccentricity of M2(a), M4(b) and M6(c) (黑色橢圓表示潮流形態(tài)，填色表示旋轉(zhuǎn)率。) (The black ellipses represent the flow pattern, and the color-filling represents the rotation rate.)

3.2 數(shù)值實驗

在上述水動力模型分潮數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，為研究底摩擦對淺水分潮的影響，設(shè)計了兩個實驗，實驗1：底部粗糙度z0取為0.001 m；實驗2：底部粗糙度z0取為0.01 m。為研究大亞灣和大鵬灣不同水深、地形坡度對淺水分潮的影響設(shè)計了兩個實驗，實驗3：將大亞灣和大鵬灣的水深都設(shè)置為10 m，即大亞灣的平均水深；實驗4：將大亞灣和大鵬灣的水深都設(shè)置為15 m，即大鵬灣的平均水深。在實驗3和實驗4中，將2個海灣的水深用平均水深替代，以去除原海灣的地形坡度。將模型分潮數(shù)據(jù)作為控制實驗結(jié)果。

3.2.1M2分潮

4個實驗中，改變底摩擦強度、水深和地形條件，M2分潮的振幅、遲角和潮流均沒有發(fā)生明顯改變，僅在灣內(nèi)有很小變化(圖略)，表明底摩擦和灣內(nèi)地形對M2分潮的影響都很小，并且M2分潮不是造成大亞灣和大鵬灣水文差異的主要因素。

3.2.2M4分潮

與模型結(jié)果(圖8b)相比，M4分潮，在灣外，振幅和遲角未產(chǎn)生明顯變化；在灣內(nèi)，振幅出現(xiàn)變化。實驗1(z0=0.001 m)，M4分潮進入2個海灣后振幅有小幅度增加，如赤砂站振幅增加了3.68%(圖10a)；實驗2(z0=0.01 m)，M4分潮進入灣內(nèi)后振幅則呈小幅度減少，如赤砂站減少了2.29%(圖10b)。當(dāng)?shù)撞看植诙葄0較小，潮汐能轉(zhuǎn)化成潮流時的損耗較小，從而導(dǎo)致實驗1中M4分潮振幅大于實驗2。當(dāng)水深與坡度發(fā)生改變時，實驗結(jié)果變化明顯。對比圖8b和圖10c、10d，在大鵬灣內(nèi)，M4分潮振幅劇烈增長，在灣頂從0.1 m左右均勻增長到實驗3中的0.15 m左右(圖10c)；實驗4中灣頂振幅增長到0.14 m左右(圖10d)，分潮的傳播方向也從自東向西為主變?yōu)樽阅舷虮睘橹鳌６诖髞啚硟?nèi)，實驗3中振幅有小幅度減小，以赤砂站為例減少了5.58%(圖10c)，表明其原本的地形坡度更有利于M4分潮的增長；實驗4中當(dāng)水深增加，振幅大幅減少，以赤砂站為例減少了17.7%(圖10d)，可能與共振條件被破壞有關(guān)。

圖10 M4分潮的振幅和遲角(填色表示振幅；白線表示遲角)Fig.10 Amplitude and phase of M4 (圖中填色表示振幅，單位：m；白色等值線表示遲角，單位：°。) (Filled contour represents amplitude，unit: m. White contours represent phase, unit: °.)

M4分潮的潮流大小對底部粗糙度和地形的響應(yīng)與振幅類似，改變粗糙度帶來較小的潮流改變，改變地形和水深使得潮流大小、方向均產(chǎn)生明顯變化(圖11)。與控制實驗相比(圖9b)，在實驗1中流速增大(圖11a)，實驗2中流速減小(圖11b)。在實驗3中，M4分潮的潮流流速在兩個灣口都表現(xiàn)為流速增大；在大鵬灣內(nèi)流速增大；在大亞灣內(nèi)流速減小，潮流橢圓長軸方向呈順時針旋轉(zhuǎn)，以喜來登站為例旋轉(zhuǎn)了5.47°(圖11c)。在實驗4中，大亞灣灣內(nèi)流速減小更加明顯，以喜來登站為例最大流速減小了45.9%，潮流橢圓長軸方向順時針旋轉(zhuǎn)了7.69°(圖11d)。

圖11 M4分潮的潮流橢圓及旋轉(zhuǎn)率分布Fig.11 Ellipse track and eccentricity of M4 (黑色橢圓表示潮流形態(tài)，填色表示旋轉(zhuǎn)率，a(d分別表示實驗1(4。) (The black ellipse represents the flow pattern, and the color represents the rotation rate; a(d are experiment 1(4.)

4個實驗的結(jié)果表明，地形和水深是造成大亞灣和大鵬灣以M4分潮為代表的四分之一日分潮變形的重要因素，底部粗糙度影響不大。

3.2.3M6分潮

對比控制實驗(圖8c)，M6分潮在灣外最明顯的變化是無潮點位置的改變，以及隨之而來的振幅分布的改變(圖12)。無論是對于底摩擦的改變還是地形水深的改變，較之M2分潮與M4分潮，M6分潮都更為敏感。不同的底摩擦強度下(在實驗1,2中)，無潮點相對位置發(fā)生變化，但總體傳播形式不變。在地形坡度對潮波的阻擋作用被大大削弱后(實驗3、4中，灣內(nèi)水深設(shè)為等深)，無潮點位置發(fā)生了改變，在實驗3中，偏北的無潮點向北移動了近0.2個緯度(圖12c)，在實驗4中，兩個無潮點距離進一步拉大(圖12d)，表明了潮波在灣外的傳播方向發(fā)生了變化。同樣，在灣口附近海域，M6分潮從原來的自東南向西北傳播變?yōu)樽詵|向西傳播。

圖12 M6分潮的振幅和遲角Fig.12 Amplitude and phase of M6 (圖中填色表示振幅，單位：m；白色等值線表示遲角，單位：°。) (Filled contour represents amplitude，unit: m. White contours represent phase, unit: °.)

隨著無潮點位置的改變，M6分潮在灣外的潮流形態(tài)也發(fā)生了改變(圖13)，隨著兩個無潮點的東移和相互遠離，原本計算區(qū)域南部的強順時針旋轉(zhuǎn)流中心東移(圖13d)。在灣口附近海域，潮流旋轉(zhuǎn)率增大，旋轉(zhuǎn)性增強，在大亞灣和大鵬灣灣口中間區(qū)域出現(xiàn)明顯的正旋轉(zhuǎn)率中心(圖13c,13d)。

圖13 M6分潮的潮流橢圓及旋轉(zhuǎn)率分布Fig.13 Ellipse track and eccentricity of M6 (黑色橢圓表示潮流形態(tài)，填色表示旋轉(zhuǎn)率，a(d分別表示實驗1(4。) (The black ellipse represents the flow pattern, and the color represents the rotation rate; a(d are experiment 1(4.)

M6分潮在兩個海灣內(nèi)的變化十分劇烈(圖14)。M6分潮振幅和流速受到底摩擦的影響(圖14a、14b)與M4分潮類似(圖11a、11b)，底部粗糙度的減小使得潮汐能量向M6分潮轉(zhuǎn)移過程中的損失減少，振幅增大，流速增加，但未導(dǎo)致潮流流向的明顯改變。

當(dāng)改變水深和地形，M6分潮變化明顯：實驗3中的大亞灣和實驗4中的大鵬灣都是保持原有平均水深不變而去除地形影響，對比這兩部分結(jié)果與控制實驗(圖14c、14d、14e)，實驗3中大亞灣內(nèi)M6分潮減弱，灣頂振幅由原來的15 cm左右降至10 cm左右，流速減小；實驗4中大鵬灣M6分潮增強，灣頂振幅由原來的5 cm左右增強至8 cm左右，流速增大。實驗4中的大亞灣和實驗3中的大鵬灣是不僅去除了地形影響還改變了平均水深，對比這兩部分結(jié)果與控制實驗，實驗4中大亞灣內(nèi)M6分潮減弱更加明顯，灣頂振幅降至7 cm左右，流速大大減??；實驗3中大鵬灣內(nèi)M6分潮振幅變化不明顯，流速有一定程度增加。

圖14 海灣內(nèi)M6分潮的振幅、遲角和潮流橢圓Fig.14 Amplitude, phase and ellipse track of M6 in bay (圖中填色表示振幅，單位：m；白色等值線表示遲角，單位：°；填色表示振幅； 白線表示遲角；黑色橢圓表示潮流形態(tài)；a(d分別表示實驗1(4，e表示控制實驗。) (Filled contour represents amplitude，unit: m. White contours represent phase, unit: °; Color represents amplitude; The white line represents the late Angle; The black ellipse represents the tidal current shape; a(d are experiment 1(4, e is control experiment.)

改變底摩擦、地形坡度和水深等條件后，大鵬灣內(nèi)分潮傳播方向不變，始終以自東向西為主，大鵬灣內(nèi)地形有東淺西深的特點(圖1b)，即水深變淺的方向與分潮傳播方向相反。在不改變大鵬灣容水量的情況下，當(dāng)去除地形坡度后，大鵬灣內(nèi)M6分潮迅速增強(圖14d、14e)。而大亞灣內(nèi)，當(dāng)僅去除地形坡度(實驗3)，原本自南向北的傳播繼續(xù)保持，當(dāng)去除坡度同時加大水深(實驗4)，潮波傳播明顯轉(zhuǎn)為與灣外分潮傳播方向相似的自東向西傳播。大亞灣內(nèi)水深變淺方向同分潮傳播方向相同，在去除水深水平變化的情況下，M6分潮在大亞灣內(nèi)減弱(圖14c、14e)。由此可知分潮傳播方向與水深變淺方向不一致，是限制M6分潮在大鵬灣內(nèi)增長的主要因素。

4 結(jié)語

本文利用實測資料分析重構(gòu)了大亞灣和大鵬灣的潮汐水位“雙峰”現(xiàn)象；通過SCHISM模型構(gòu)建了大亞灣和大鵬灣附近海域高分辨率水動力模型，分析其主要水文特征，并經(jīng)由數(shù)值實驗，探究造成大亞灣和大鵬灣兩個相鄰海灣潮波淺水變形異同的影響因素，得到以下結(jié)論：

(1)淺水分潮的異常增長，是大亞灣和大鵬灣潮位“雙峰”現(xiàn)象的主要成因，而其中M4、MS4、M6和2MS6分潮起著至關(guān)重要的作用。

(2)大亞灣和大鵬灣附近海域，在大亞灣以東，潮汐類型為不規(guī)則全日潮，以西為不規(guī)則半日潮，在兩個海灣內(nèi)均為不規(guī)則半日潮；研究海域的潮流均表現(xiàn)為不規(guī)則半日潮流。

(3)以M4分潮為代表的四分之一日分潮和以M6分潮為代表的六分之一日分潮潮波變形的不同是造成大亞灣和大鵬灣兩個相鄰海灣水文差異的直接原因。分潮傳播方向與水深變淺方向是否一致，是造成大亞灣與大鵬灣潮波淺水變形不同的根本原因。