国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

長(zhǎng)江口海域潮汐和潮流的觀測(cè)研究

2022-04-06 10:42曾定勇宣基亮黃大吉倪曉波
海洋學(xué)研究 2022年1期
關(guān)鍵詞:長(zhǎng)江口淺水潮汐

曾定勇,宣基亮,黃大吉,周 鋒,張 濤,倪曉波

(1.衛(wèi)星海洋環(huán)境動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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.自然資源部長(zhǎng)三角海洋生態(tài)環(huán)境野外科學(xué)觀測(cè)研究站,浙江 舟山 316021; 4.自然資源部第四海洋研究所,廣西 北海 536000; 5.自然資源部第二海洋研究所,深海極地技術(shù)研究院,浙江 杭州 310012)

0 引言

影響長(zhǎng)江口海域的潮波從西北太平洋經(jīng)琉球群島周邊海域分兩支進(jìn)入東海,一支向西進(jìn)入浙江沿海,一支向西北經(jīng)東海進(jìn)入黃海[1]。這使得該海域的潮汐主要受以M2分潮為主的東海前進(jìn)波作用,也受到黃海旋轉(zhuǎn)潮波的影響。由于黃海潮波具有駐波性質(zhì),因此由北往南振幅逐漸增大。

在大量水文調(diào)查和數(shù)模的基礎(chǔ)上,長(zhǎng)江口海域具有三維強(qiáng)潮特征已經(jīng)獲得了較為普遍的共識(shí)。但由于高密度的漁業(yè)活動(dòng)和高泥沙沉積特征,難以獲得長(zhǎng)時(shí)間序列的水位和剖面海流的觀測(cè)數(shù)據(jù),因此在該海域使用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的潮汐潮流研究尚不多見(jiàn)。早期研究表明該海域的潮汐以半日潮為主,潮流以旋轉(zhuǎn)流為主[2-3]。復(fù)雜的地形,加上水深一般小于50 m,使得海底摩擦的影響極為顯著,造成了長(zhǎng)江口潮流具有顯著的垂向結(jié)構(gòu)差異[4]。

曹永芳[5]繪制了長(zhǎng)江口及杭州灣全日、半日分潮同潮時(shí)線和等潮差線,揭示了長(zhǎng)江口南北的高潮時(shí)差不大,全日潮從東北向西南推進(jìn),半日潮從東南往西北傳遞等特征。楊隴慧 等[6]應(yīng)用三維河口海洋動(dòng)力模式模擬了長(zhǎng)江口及鄰近海區(qū)4個(gè)主要分潮,模擬結(jié)果顯示全日潮從北向南傳播,半日分潮從東南方向傳入長(zhǎng)江口,潮汐潮流是該區(qū)域最重要的動(dòng)力因子,流速在垂直方向存在明顯的差異。喬方利 等[7]在黃、東海的數(shù)值模擬中加入潮流分量,將潮流混合作用直接包含在湍流閉合模式中,討論波浪和潮流所造成的混合對(duì)溫度垂直結(jié)構(gòu)的影響,結(jié)果顯示潮流混合在30 m左右的近底層起控制作用。趙騫 等[8]利用POM模式模擬了中國(guó)近海流場(chǎng),模擬結(jié)果表明長(zhǎng)江徑流對(duì)長(zhǎng)江口海域潮汐潮流的影響顯著。展鵬 等[9]對(duì)2009年8—9月在長(zhǎng)江口海域南側(cè)的浙江近岸的兩個(gè)站位上利用海床基ADCP獲取的短期觀測(cè)資料進(jìn)行分析,結(jié)果顯示該海域的旋轉(zhuǎn)潮流為順時(shí)針占優(yōu),M2分潮流流速分別為0.31 m/s和0.58 m/s,橢圓率絕對(duì)值隨深度先增大后減小。

長(zhǎng)江口海域的強(qiáng)潮特征以及顯著的潮流垂向剪切產(chǎn)生的混合作用對(duì)海水層化強(qiáng)弱及深度的時(shí)空變化也有顯著的影響。趙保仁[10]指出潮混合是東海溫躍層的重要控制因子之一,底摩擦作用可把潮流動(dòng)能轉(zhuǎn)化為湍流動(dòng)能,當(dāng)湍流增強(qiáng)到一定程度時(shí),便能完全克服因海面增溫所產(chǎn)生的浮力,使海水上下層密度趨于一致,破壞溫躍層。袁業(yè)立 等[11]將潮流和混合作用參數(shù)化,在所建立的淺海非線性熱生環(huán)流模型的基礎(chǔ)上求解動(dòng)力學(xué)-熱力學(xué)控制方程,結(jié)果表明,潮混合作用和風(fēng)的攪拌作用是形成躍層的主要機(jī)制,潮混合的存在使得底層水體混合更充分。李明悝 等[12]用數(shù)值模擬揭示了潮混合對(duì)底混合層的作用,統(tǒng)計(jì)分析了不同水深和潮流振幅下潮流導(dǎo)致的底混合層厚度和垂直渦動(dòng)粘性系數(shù)的分布。

上述研究表明數(shù)值模型中考慮三維潮流作用有助于獲得合理的水體層化結(jié)構(gòu),而實(shí)測(cè)的潮汐潮流觀測(cè)有助于更準(zhǔn)確地描述長(zhǎng)江口海域潮流特征的垂向結(jié)構(gòu)和空間變化,可為精準(zhǔn)研究躍層的結(jié)構(gòu)和變化機(jī)制提供數(shù)據(jù)支撐,并為數(shù)值模擬的垂向混合參數(shù)化方案提供可靠依據(jù)。本文通過(guò)分析實(shí)測(cè)資料,用調(diào)和分析方法計(jì)算出潮汐和潮流的調(diào)和常數(shù),繼而詳細(xì)地描述了本海域潮汐和潮流的空間差異和垂向三維結(jié)構(gòu)特征。

1 數(shù)據(jù)與方法

本研究觀測(cè)的海域位于29°45′—31°40′N,122°00′—124°20′E,其西接長(zhǎng)江入??冢蠟l舟山群島,海底地形多變,海洋動(dòng)力過(guò)程的三維結(jié)構(gòu)和多尺度變化特征較為復(fù)雜。2006至2007年,自然資源部第二海洋研究所(原國(guó)家海洋局第二海洋研究所)在“908”專項(xiàng)支持下于長(zhǎng)江口海域以海床基的形式布放了11套錨系(圖1)。海床基上安裝的多普勒剖面海流計(jì)從海底向上觀測(cè)海流剖面,各站連續(xù)觀測(cè)的時(shí)間普遍為1~2 個(gè)月,T1、T2站的觀測(cè)時(shí)間為20多天。垂向的空間采樣間隔為 0.5~2 m,時(shí)間采樣間隔為10 min~1 h不等。使用的海流計(jì)分別是挪威AANDRAA公司的RDCP600K、美國(guó)RDI公司的 ADCP WHS300K、美國(guó)SonTek公司的ADP S5,部分儀器自帶壓力計(jì)記錄了水位變化(表1)。

圖1 長(zhǎng)江口海域水深和錨系站位分布Fig.1 Bathymetry and locations of the mooring stations in adjacent area of the Changjiang Estuary

表1 站位數(shù)據(jù)信息表Tab.1 Station data information sheet

本文選取了各站連續(xù)觀測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。潮汐和潮流的調(diào)和分析均采用PAWLOWICZ et al[13]提供的T_TIDE程序,該程序用調(diào)和分析方法來(lái)計(jì)算標(biāo)量或矢量時(shí)間序列數(shù)據(jù)中包含的周期成分。該方法具有一些突出優(yōu)點(diǎn):可根據(jù)觀測(cè)時(shí)間對(duì)交點(diǎn)因子進(jìn)行訂正;對(duì)受資料長(zhǎng)度限制而無(wú)法分離的次要分潮,可通過(guò)它們和主要分潮的差比數(shù),將其分離出來(lái);可對(duì)計(jì)算所得的分潮作顯著性檢驗(yàn);可計(jì)算出各分潮流的橢圓要素(如長(zhǎng)軸、短軸、遲角、傾角和旋轉(zhuǎn)方向等)。

潮汐類型的分析采用主要分潮振幅的比值,即F=(HO1+HK1)/HM2和G=HM4/HM2的大小來(lái)判斷[14]。F≤0.5為正規(guī)半日潮,0.54.0為正規(guī)日潮。當(dāng)G>0.04時(shí),視為淺水分潮顯著。

潮流的類型用全日、半日分潮流振幅的相對(duì)比率作為判別指標(biāo),即F=(WO1+WK1)/WM2[14]。當(dāng)F≤0.5 為正規(guī)半日潮流,0.54.0為正規(guī)全日潮流。用G=(WM4+WMS4)/WM2的大小衡量淺水分潮流的影響,當(dāng)G>0.04時(shí)認(rèn)為淺水分潮流比較顯著。

2 潮汐

2.1 潮汐的類型

用T_TIDE程序?qū)λ毁Y料作調(diào)和分析,得到了各分潮的調(diào)和常數(shù),并獲得了各站潮汐性質(zhì)的F值和G值(圖2)。在所有水位觀測(cè)站,F(xiàn)<0.5,即該海域潮汐類型屬于正規(guī)半日潮。T1、T7、T8、T9四站G≥0.04,即這些站的淺水分潮顯著,其中T7、T8、T9三站水深僅10 m左右,T1站水深約為30 m,而T1站的G值比T8站還大,與T9站相當(dāng),說(shuō)明淺水分潮的顯著與否不僅與水深有關(guān),還與地理位置和地形有關(guān)。

圖2 長(zhǎng)江口潮汐類型判據(jù)Fig.2 Tide type criterion in the Changjiang Estuary(藍(lán)色數(shù)值為F值,紅色數(shù)值為G值。)(Blue values are F, red values are G.)

2.2 分潮的振幅和位相

水位調(diào)和分析結(jié)果表明,各站振幅最大的半日分潮是M2分潮,振幅最大的全日分潮是K1分潮,各站M2、K1分潮振幅大小如圖3所示。

圖3 M2(藍(lán)色)和K1(紅色)分潮的振幅分布(單位:m)Fig.3 Tidal amplitude distribution of M2 (blue) and K1 (red) (unit: m)

M2分潮的振幅均大于1.10 m。在水深最淺的T7和T9站,M2分潮的振幅大于其它站,M2分潮振幅最大的T9站比最小的T4站大20%。M2分潮振幅的變化趨勢(shì)是從東面開(kāi)闊海域向西面杭州灣口淺水海域或群島海域增加。K1分潮的振幅介于0.22~0.34 m之間,K1分潮振幅最大的T9站比最小的T1站大55%,K1分潮振幅的空間差異比M2分潮顯著,其變化趨勢(shì)是從東北開(kāi)闊海域向西南群島海域逐漸增加。

結(jié)合分潮振幅大小的分布可知,M2和K1分潮的振幅在長(zhǎng)江口海域都隨著潮波向岸的傳播而增加。圖4中M2分潮的位相遲角從東南往西北增加,K1分潮的位相遲角則從東北往西南增加。觀測(cè)結(jié)果與陳倩 等[15]數(shù)值模擬的結(jié)果吻合,即浙江近海M2分潮在舟山群島東部海域從東南往西北傳播,繞過(guò)群島北端后向西傳;K1分潮在長(zhǎng)江口從北往南傳播,繞過(guò)舟山群島后轉(zhuǎn)向西南。

圖4 M2(藍(lán)色)和K1(紅色)分潮的位相遲角分布(單位:°)。Fig.4 Tidal phase distribution of M2(blue) and K1 (red) (unit: °)

3 潮流

3.1 潮流類型

為分析潮流類型的空間差異,本文對(duì)海流資料作了垂向平均,然后用T_TIDE對(duì)平均后的流速作調(diào)和分析,得到各分潮流的調(diào)和常數(shù),以此來(lái)分析潮流的整體特征。計(jì)算獲得的各站潮流性質(zhì)的F值和G值的分布見(jiàn)圖5。本海域各站的F值均介于0.22~0.41 之間,因此潮流為正規(guī)半日潮流。各站的G值都遠(yuǎn)大于0.04,由此可知各站的潮流中淺水分潮流均較為顯著,特別是在長(zhǎng)江口水深小于10 m的T7站,G值達(dá)0.38,淺水分潮流特別強(qiáng)。

圖5 潮流類型判據(jù)F值(藍(lán)色)和淺水分潮判據(jù)G值(紅色)的分布Fig.5 Distribution of tidal current type criterion F (blue) and shallow water tidal current type criterion G (red)

3.2 潮流橢圓

假設(shè)在觀測(cè)的垂直水柱里的斜壓海流分量的積分為零,那么垂向平均的海流可以代表正壓的海流,對(duì)垂向平均的海流作調(diào)和分析可以得到正壓潮流[15]。根據(jù)調(diào)和分析得到的分潮流的潮流橢圓要素,繪制了M2分潮流的潮流橢圓分布圖(圖6)。

如圖6所示,長(zhǎng)江口海域的M2分潮流以旋轉(zhuǎn)潮流為主,大多數(shù)站位的M2潮流橢圓接近于圓。除長(zhǎng)江口近岸的T7、T9兩個(gè)站可能受大陸岸線反射的影響變?yōu)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)外,口門(mén)以東的所有站均為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。長(zhǎng)軸方向多為西北—東南向,但長(zhǎng)軸大小空間分布不均勻,在舟山群島附近海域離島越近長(zhǎng)軸越大,而開(kāi)闊海域長(zhǎng)軸隨水深的增加而減小。鮑獻(xiàn)文[16]通過(guò)數(shù)值模擬認(rèn)為地形是影響東海潮波系統(tǒng)變異的重要因子。本文觀測(cè)結(jié)果表明,群島水域的岸形對(duì)M2分潮流也有重要的影響。譬如,在舟山的南北兩個(gè)群島鏈之間以東海域的T10站位,M2分潮流接近往復(fù)流特征(圖6)。

圖6 M2分潮流橢圓分布Fig.6 Ellipses distribution of M2 tidal current(橢圓上的紅色箭頭表示潮流旋轉(zhuǎn)的方向,箭頭尾部與站點(diǎn)的連線表示分潮流的位相遲角,橢圓長(zhǎng)軸的長(zhǎng)短表示分潮流最大流速的大小。)(The red arrow on the ellipse indicates the direction of tidal rotation, the line between the tail of the arrow and the station indicates the phase delay angle of the tidal current, and the length of the long axis of the ellipse indicates the magnitude of the maximum velocity of the tidal current.)

3.3 潮流的垂直結(jié)構(gòu)

潮流的垂直結(jié)構(gòu)主要指分潮流的最大流速、橢圓率、最大流速方向和轉(zhuǎn)流時(shí)刻等的垂向變化。選擇在該海域的不同方位,即北部、中部、南部和東北部的T1、T4、T11和T2四個(gè)站位為代表來(lái)研究長(zhǎng)江口海域潮流的垂直結(jié)構(gòu)特征(T1、T4、T11大致在同一個(gè)經(jīng)度上)。圖7~圖10分別給出了4個(gè)代表站位M2分潮流的最大流速、橢圓率、最大流速方向和位相遲角(對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)流時(shí)刻)的垂向分布。

圖7 M2分潮流橢圓率垂直分布Fig.7 The ellipticity vertical distribution of M2 tidal current

圖7顯示,M2分潮流的橢圓率在T1、T2站的垂向分布很相似,值介于-0.58~-0.53之間;在T4、T11站的M2分潮流的橢圓率則小得多,除近底層外都小于-0.70。在T1、T2、T4站離底20 m高度左右,橢圓率隨深度的增加而增大(越靠近海底,橢圓率越大);而20 m高度以上均有一變化趨勢(shì)相反的水層,在該水層內(nèi)橢圓率隨深度增大而減小,T4站近底層具有該特征的水層厚度較T1、T2站大得多,在該水層以上直到海表又呈現(xiàn)出與底層同樣的特征;而T11站的垂向變化則不顯著,也沒(méi)有分層的特征。

李身鐸[4]認(rèn)為受海底摩擦的影響,橢圓率隨水深增加而增大。T11站近底層橢圓率變化不大,表明引起橢圓率變化的原因不僅僅是海底的摩擦作用。對(duì)在T1、T2、T4站存在垂向變化趨勢(shì)相反的中間層的機(jī)制尚不清楚。

圖8所示為4個(gè)站的M2分潮流最大流速的垂直分布。水深相當(dāng)?shù)腡1、T2站的垂向分布很相似,值介于0.48~0.72 m/s之間,最大值出現(xiàn)在次表層,表層略小,從次表層往下隨著靠近海底迅速減小。T4站M2分潮流最大流速值介于0.37~0.50 m/s之間,有類似于T1、T2站的垂向結(jié)構(gòu),但垂向的變化率要小得多;在T11站M2分潮流最大流速值介于0.31~0.35 m/s 之間,從海表到海底只有略微的減小。總的來(lái)說(shuō)M2分潮流的最大流速值隨站位水深的增加而減小,垂向的變化率也顯著減小。上述垂向分布特征印證了FANG et al[17]對(duì)潮流垂直分布進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的結(jié)果:潮流主分量的振幅在整個(gè)水柱中幾乎是對(duì)數(shù)分布的,水深較深時(shí),則僅在近底層顯示出這一性質(zhì),顯然這還與水深有密切關(guān)系。

圖8 M2分潮流最大流速的垂直分布Fig.8 The semi-major axes vertical distribution of M2 tidal current

如圖9所示,長(zhǎng)江口北面的3個(gè)站位,M2分潮流的最大流速方向的垂向結(jié)構(gòu)非常相似,靠近海底時(shí)M2分潮流最大流速的方向角度變小,最大流速方向隨深度的增加向左偏轉(zhuǎn),在靠近海底的十幾米水層內(nèi)則幾乎不變。與之相比,位于長(zhǎng)江口南面的T11站的潮流最大流速方向垂向變化則很小。方國(guó)洪[18]認(rèn)為最大流速方向的垂向變化取決于分潮頻率σ和柯氏參數(shù)f的相對(duì)大小:當(dāng)σ>f時(shí),垂向變化較小;σf的條件,但長(zhǎng)江口北面3個(gè)站的M2分潮流的最大流速方向的垂向變化顯著,并不符合上述規(guī)律,而位于南面的T11站最大流速方向的垂向變化很小。在該海域與M2分潮流最大流速方向的垂向分布相關(guān)的臨界地理緯度應(yīng)該介于T4站和T11站之間,即位于30°N左右。

圖9 M2分潮流最大流速方向的垂直分布Fig.9 The semi-major axes direction vertical distribution of M2 tidal current

如圖10所示,T1、T2、T4三站M2分潮流的位相遲角垂向分布趨勢(shì)相似,遲角隨著靠近海底而減??;底層比中上層約小15°,底層的最大流速到達(dá)時(shí)刻比表層提前約30 min。T11站的遲角垂向變化很小,底層的位相遲角只比表層略小幾度,水深越大其垂向的變化率越小。方國(guó)洪[18]認(rèn)為最大流速發(fā)生時(shí)間的垂向變化也取決于σ和f的相對(duì)大小,當(dāng)σ>f時(shí)隨著接近海底發(fā)生時(shí)間提前,即遲角隨著接近海底減小,當(dāng)σf的條件,各站M2分潮流的位相遲角垂向分布趨勢(shì)也都符合上述推斷。

圖10 M2分潮流位相遲角的垂直分布Fig.10 The phase vertical distribution of M2 tidal current

4 小結(jié)

本文利用在長(zhǎng)江口海域開(kāi)展的較大規(guī)模的錨系觀測(cè),獲得了豐富的長(zhǎng)時(shí)間序列的水位和海流資料,從而可以對(duì)分潮進(jìn)行合理可靠的區(qū)分。通過(guò)對(duì)水位和海流資料的調(diào)和分析,本文獲得了長(zhǎng)江口海域潮流的空間分布和垂向結(jié)構(gòu)特征。研究表明本海域潮汐類型均屬于正規(guī)的半日潮,在40 m以淺的海域淺水分潮顯著,水深相當(dāng)?shù)那闆r下緯度越高淺水分潮越顯著。M2分潮最顯著,振幅大于1.10 m,從東面開(kāi)闊海域向西面杭州灣口淺水海域或群島海域增加。潮流類型均屬于正規(guī)半日潮流,在水深小于 50 m 的海域淺水分潮流顯著。M2分潮流最顯著,以順時(shí)針的旋轉(zhuǎn)潮流為主,除長(zhǎng)江口近岸南側(cè)的兩個(gè)站為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)外,口門(mén)以東的所有站均為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

潮流垂直分布具有明顯的三維特征,且空間差異較大。M2分潮流的橢圓率大多為負(fù)值,在水淺的測(cè)站越靠近海底越大,潮流橢圓越扁;在水深較深的測(cè)站則表現(xiàn)出更為復(fù)雜的垂直結(jié)構(gòu)。M2分潮流的最大流速隨深度增加而減小,最大值出現(xiàn)在次表層,表層略小,從次表層往下隨著靠近海底迅速減小;水深越淺,垂向的變化率越大。最大流速方向越接近海底越往左偏,在近底層垂向變化很小,與潮流最大流速方向的垂向變化相關(guān)的臨界地理緯度在30°N附近,在30°N以北垂向變化顯著,在30°N以南垂向變化很小。最大流速到達(dá)時(shí)間隨著靠近海底不斷超前,底層較表層超前約30 min。

位于長(zhǎng)江口水下河谷中的T4站,M2分潮流的橢圓率垂向變化比其它站位要顯著得多,且出現(xiàn)上下相反的變化特征。究竟是地形導(dǎo)致的,還是上下水團(tuán)(長(zhǎng)江沖淡水和臺(tái)灣暖流水)差異導(dǎo)致的,需要通過(guò)數(shù)值模型做進(jìn)一步的研究分析。

猜你喜歡
長(zhǎng)江口淺水潮汐
淺水區(qū)域船舶航行下沉量的數(shù)值計(jì)算
潮汐與戰(zhàn)爭(zhēng)(上)
近三百年來(lái)長(zhǎng)江口泥質(zhì)區(qū)沉積環(huán)境變化及與低氧關(guān)系的初步分析
長(zhǎng)江口橫沙北側(cè)岸坡沖刷特征與趨勢(shì)分析
絕美海灘
藕農(nóng)水中采收忙
潮汐式灌溉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用
神奇的潮汐
基于LabWindows的淺水水聲信道建模
找不同
广昌县| 姜堰市| 兴宁市| 乳山市| 沙河市| 华宁县| 焦作市| 绵竹市| 绥中县| 甘肃省| 青州市| 曲麻莱县| 怀化市| 特克斯县| 浙江省| 武平县| 阳东县| 紫阳县| 抚顺县| 崇明县| 涿州市| 贵定县| 成武县| 乐平市| 怀化市| 吴堡县| 九江市| 新和县| 泸溪县| 喀喇| 益阳市| 大港区| 团风县| 德钦县| 蓬安县| 突泉县| 定结县| 台南市| 凤冈县| 广元市| 甘肃省|