潮流准调和分析方法探讨

潮汐和潮流的调和分析是海洋水文资料分析的基础方法,通常采用最小二乘法处理调和分析过程产生的矛盾方程,但以往受到计算能力和程序语言的限制,导致矛盾方程的求解方法较为复杂,不利于海洋科技工作者掌握和使用。本文以短周期观测潮流数据的准调和分析方法为例,探讨了潮流准调和分析方法中矛盾方程的解法,对以往的正规方程解法进行了推导和说明,同时,提出了更为简洁的矩阵表示方法,对2种方法的优劣及特点进行了分析,认为矩阵方法更适合程序化在计算机上进行分析计算;在此基础上采用江苏大丰附近海域观测的三周日潮流数据作为实例进行计算,运用矩阵解法求出其调和常数、椭圆要素以及余流,并对同时期潮流数据进行了预报,预报结果能很好地吻合原数据。

广东流沙湾4个测站2个周日潮流观测的准调和分析

采用短期资料的潮流准调和分析方法,对水深为4.4～17.0 m的流沙湾4个测站2个周日潮流观测获得的表、中、底层的潮流资料进行了分析,分别计算了4个测站O1、K1、M2、S2、M4、MS4共6个主要分潮的潮流调和常数,并给出了各观测站位在各层的潮流椭圆要素.计算结果表明:流沙湾主要为日潮流海区,其中湾外为规则日潮流,湾内为不规则日潮流;湾外主要分潮流的北分量一般大于东分量,而湾内主要分潮流的北分量一般小于东分量.观测期间余流的流向主要呈西北向,最大余流流速出现在湾内地形突然收窄处,且在湾内中层余流流速要大于表、底层余流流速.整个海区潮流的可能最大流速表层在57～107 cm/s之间,中层在53～106 cm/s之间,底层在34～98 cm/s之间.流沙湾湾外潮流主要为顺时针的旋转流运动,湾内为带有旋转流的往复流运动.

东海三定点周日海流观测的准调和分析

应用短期资料的潮流准调和分析方法,对东海三定点测站获得的表、中、底3层的25 h连续海流资料进行了分析,计算了3测站O1,K1,M2,S2,M4,MS46个主要分潮的北、东分量潮流调和常数,并给出了各测站在各层的潮流椭圆要素。计算结果表明:该海区潮流属于正规半日潮流性质,半日分潮流的北分量大于东分量,呈现旋转流的性质,按顺时针向旋转。分析结果也反映出表层、中层的浅水分潮在观测海流中所占的份额高于底层的浅水分潮。结果有助于了解该海区的潮流性质并为潮流数值模拟提供校验实测数据。通过与同期获得的悬浮物浓度剖面数据的比对,将有助于研究潮流与该地区悬浮泥沙浓度分布之间的关系。

后水湾网箱养殖区五测站两周日海流观测的准调和分析

应用短期资料的潮流准调和分析方法，对后水湾网箱养殖区五测站两周日海流观测获得的表、中、底层海流资料进行了分析，计算了五测站 O1、 K1、M2、 S2、M4、MS46个主要分潮的潮流调和常数，并给出了各测站在各层的潮流椭圆要素。计算结果表明：后水湾主要为日潮流海区，从最北的海区边缘向湾内靠近避风锚地，潮流性质由不规则全日潮流变为不规则半日潮流；从湾口到湾内，各分潮北分量基本以全日潮流K1为主，其次为全日潮流O1和半日潮流M2，主要分潮的振幅逐渐降低，且越靠近湾内，浅水分潮的作用越大；各分潮东分量仍以全日潮流为主，但半日潮流的作用增大，可以达到与全日潮流相当的作用。观测期间最大余流值基本出现在中层，且处于两个开边界的F1和F5站位的余流值明显大于其它站位；各站位的表层余流基本指向西北-北-东北向，即朝向湾外；而中、底层余流基本指向西南-南-东南向，即朝向湾内，通过上、下层海水的运动，海区内物质最终可以向湾外输运。整个海区可能最大流速表层在29~70 cm/s之间；中层在43~62 cm/s之间；底层在30~47 cm/s之间。表层海水基本为逆时针的旋转流运动；而中、底层海水由于一直受到邻昌礁的约束，基本为往复流运动。

一个简化的潮汐预报准调和分析方法

根据潮汐动力学寻找高频潮族与低频潮族之间可能的相互作用关系,在只考虑相角变化率的情况下,建立一个简化的浅水准调和分析模型.连云港多年实测数据检验结果表明:相对于原准调和分析模型,简化的浅水准调和分析模型中最小二乘法的法方程组系数矩阵条件数小很多,简化后的模型计算更为稳定.在实测数据时间较长的情况下,简化前后的模型预报精度相当;当实测数据时间较短时,原准调和分析模型没有传统的调和分析模型预报结果精度高,而简化后的浅水准调和分析模型的预报结果与传统的调和分析模型相比,结果精度相当,特别是简化后的模型与原准调和分析模型相比,计算时间减少了68%.

潮流准调和分析的软件实现

较之潮汐分析、预报的研究而言,目前关于潮流的计算还相对落后。简要论述潮流准调和分析与预报的基本原理,编程实现了潮流准调和分析、准调和预报以及潮流椭圆绘制,并具体给出了实际算例,用以说明该程序的可用性和正确性。

长江口深水航道水流特征沿程分布准调和分析

根据长江口深水航道治理工程二期2005年8月大潮期间的水文测验资料,选取NG0、NG3、CB1、CS0、CS1、CB2、CS2、CS6、CSW、CS3、CS7、CS4、CS5共13个站位测点的二个潮周期的六层流速测量资料,对这些测点数据进行准潮流调和分析,得出P_1,K_1,M_2,M_3,M_4,2MK_5,M_6,3MK_7,M_8,M_(10)共10个分潮的潮流调和常数及余流结果,并计算给出了相应椭圆要素。研究分析发现,潮流特征系数值均不超过0.25,沿程各测点区域潮流类型以半日潮为主。对太阴半日分潮M_2的椭圆长半轴、椭圆短半轴、椭率以及格林威治迟角等椭圆要素空间分布特征进行分析比较。总结潮流椭圆要素、潮流特征、浅水影响分子、余流以及最大可能潮流流速的沿程空间变化规律以及动力影响分析。M_2分潮的椭圆要素有较强的规律性,浅水影响因子随水深变小而增大,在总体上都有沿程减小的趋势。最大可能潮流流速在垂向从表层到近底层逐渐减小,符合水流流速沿水深的分布。研究结果对理解深水航道动力状况、淤积机制和指导航道工程整治具有一定价值。

防城港外海海域夏冬季周日潮流的准调和分析

为深入研究防城港外海海域的潮流特征,通过引入差比关系,对防城港外海海域4个站点夏、冬季2个周日观测所得的表、中、底层海流的短期资料进行准调和分析。结果表明:防城港外海潮流属于混合潮流,部分海域属于正规全日潮流;潮流中旋转流和往复流同时存在,以旋转流为主,潮流椭圆长轴为东北-西南向;最大可能流速出现在表层,由表层至底层余流流速逐渐减小。夏季,防城港湾西侧余流方向为西南向或西北向,而东侧余流方向为东北向;冬季,除湾口为西南向外,其余海域余流方向均为东北向,余流与地形、风场、温度和盐度等因素有关。周日潮流资料时间较短,受天气、海况、观测时间等因素影响较大,计算的潮流性质略有差异。

山东半岛南部海域周日潮流观测数据准调和分析与应用

潮流对海上交通安全、生态保护等具有重要影响,掌握潮流特征对潮流预报、航行安全和科学研究具有重要意义。周日潮流观测数据因数据时长较短,潮流特征分析往往不够精准可靠。本文采用引入差比关系的准调和分析法就1次周日潮流观测数据展开分析,并就潮流表示方法进行了简要介绍。以山东半岛南部海域验流数据为例进行实验,结果表明:该方法可以为观测海区提供较为可靠的潮流特征值,为航行安全和海洋发展提供基础数据保障,同时本文研究方法也将为周日潮流观测数据分析提供参考。

长江口及其邻近海域两定点周日海流观测的准调和分析

本文采用短期资料的潮流准调和分析方法对2016年7月长江口及其邻近海域两个连续站的表、中、底3层海流数据进行准调和分析,计算得到两站点的O1、K1、M2、S2、M4、MS4等6个分潮的调和常数,并绘制了各层各分潮的潮流椭圆。计算结果表明:该海域潮流流速由表及底逐渐降低,潮流为旋转流且为顺时针,潮流性质以不正规半日潮为主,分潮流主要为北分量大于东分量,且M2分潮占绝对优势。余流垂向表现为从上至下逐渐减小,方向指向东北向,且东分量大于北分量。结果可以为同期观测的其他悬浮物分布及物质输运提供动力解释。

浅水港口潮汐预报准调和方法的改进

文中提出了浅水港口潮汐预报准调和方法的两个改进方案.一个是在方国洪等(1981)《浅水港口潮汐预报的一个方法》基础上,增加14周/日、16周/日以及与前期潮汐状况有关的浅水准调和项共6项(方案Ⅰ);另一个在是王骥(2001)提出的方案基础上改进的方案,该方案与方案Ⅰ相比,增加了5个准调和项(方案Ⅱ).这两个方案选用相同的57个调和分潮,但分潮的组合及派生出的准调和项有所不同.方案Ⅰ用40项准调和项表示浅水效应,方案Ⅱ则包含长周期、全日、半日周期的准调和项18项.经过大量实测水位资料的分析和预报检验,表明改进后两个方案对浅水港口潮汐的预报精度均较改进前的准调和方法和传统调和法有明显提高,对第一类浅水港(以吴淞港为例),文中所列的8项预报指标都有显著提高,特别是低潮时均方差由26.8 min降至15.1 min;对第二类浅水港(以成山角为例),高潮时均方差显著减小,由39.6 min减至26.7 min.

葫芦岛天角山海域潮流泥沙特征分析

为了解葫芦岛天角山近岸潮汐潮流泥沙特征,采用准调和分析方法对2020年11月天角山海域大潮期实测数据资料统计分析,得出潮汐、潮流和泥沙特征参数。结果表明:调查海域潮汐性质为正规半日潮,天角山海域潮流时间和空间上存在一定规律,流场总体表现为正规半日潮流,潮流运动方式以NE-SW向往复流为主,调查海域海洋水文特征发生了较大变化,与岸线、地形及人类活动影响有关。

琼州海峡西南部秋季海流特征分析

为深入了解琼州海峡西南部海域的潮流特征,采用准调和分析方法对2022年秋季琼州海峡西南部实测海流资料进行分析,得到潮流性质、潮流特征和余流特征,并计算潮流最大可能流速。结果表明:琼州海峡西南部潮流以规则全日潮流为主,近岸则为不规则全日潮流,潮流运动形式为往复流;涨潮流以西向流为主,落潮流以东向流为主;潮流最大可能流速为0.85~2.58 m/s,方向为W-E、SW-NE;余流流速在0.01~0.23 m/s之间,余流流向以西向为主。本研究丰富了调查海区水文资料,为该海域开发利用和通航安全等提供基础数据。

曹妃甸近岸海域潮汐潮流特征分析

为了解唐山曹妃甸近岸潮汐潮流泥沙特征,采用准调和分析方法对2023年5月曹妃甸海域大小潮期实测数据资料统计分析,得出潮汐和潮流特征参数。结果表明:调查海域潮汐性质为不正规半日潮,潮流时间和空间上存在一定规律,流场总体表现为半日潮流特征,北侧潮流运动具备显著的旋转流特征,南侧表现为正规的往复流特征的半日潮,调查海域余流表现为表层最大、底层最小的特征。

灌河口海域潮流特征分析

运用灌河口海域大潮期6个测站潮流资料,根据准调和分析理论编程计算,结果显示:观测海域的潮流特征表现为规则半日潮,M2半日分潮是主要的潮波,潮差较大;浅水分潮比值远大于0.04,表明本海域的潮波在浅水区变形颇为显著;潮流运动主要表现为旋转流的形式,运动方向为NW—SE;余流的流速在垂向上有表层>中层>底层的特征,而不同水层的余流方向有较大的差异。

基于周日观测的岚山海区水文要素分析

文中根据岚山港海区定点的周日水文观测资料,分析了该海区的温度,水位,海流变化。,应用潮汐短期资料的准调和分析方法,对逐时水位和表、中、底层逐时海流资料进行了分析,得到了主要半日分潮和全日分潮的潮汐、潮流调和常数以及各层潮流椭圆要素。结果表明:岚山港周日内温度变化范围为0.5℃,观测当日潮差为0.7m。海流北分量基本大于东分量,各层流速有较大差异。港区为半日潮占优的海区,全日分潮流为逆时针旋转潮流,半日分潮流呈现往复流性质,潮流椭圆长轴呈NE-SW向。此次定点观测和分析结果有助于了解该海区水文要素,对岚山港的开发与改善工程起到一参考作用。

长江口北港主槽河道悬沙输运空间结构特征分析

长江口为多级分汊型中等潮汐河口,北港是长江口二级入海汊道,被规划为长江口重要通航水道,对其悬沙输运过程和规律的研究至关重要。根据大潮期间北港主槽横断面上均匀分布的5个站点的同步水沙观测资料,采用准调和分析等方法将观测数据分解为潮平均量和多个随潮波动量,以分析北港悬沙输运的横断面空间结构特征和各动力因子的贡献机制。研究结果表明:大潮期间北港主槽横断面总输沙量主要由余流输沙、半日潮流输沙和M4潮流输沙构成,各部分输沙量空间结构差异显著。总输沙量在断面北侧大部分区域指向外海,南侧小部分区域指向上游。强径流作用下的海向余流输沙是构成北侧海向输沙的主要因子。在径流及微弯河势影响下,北侧河道断面落潮流输沙显著强于涨潮流输沙,致使北侧半日潮流输沙指向外海,其贡献机制仅次于余流输沙。南侧河道断面陆向输沙主要由半日潮流输沙和M4潮流输沙组成,其中半日潮流输沙占主要部分。北港水下地貌结构和冲淤演变趋势与断面悬沙分布特征和输运结构密切相关。

三沙湾盐田港海域潮流特征初步分析

本文根据2015年12月在三沙湾盐田港海域获取的5个站位27 h连续定点海流同步观测资料进行准调和分析,计算了5个站位6个主要分潮O_(1)、K_(1)、M_(2)、S_(2)、M_(4)、MS_(4)的北、东分量潮流调和常数,并给出了各测站的各层潮流椭圆要素;同时,对同步观测潮汐特征进行分析。调查结果表明:三沙湾的潮汐和潮流类型属于正规半日潮;在观测海域,浅水分潮在总海流中占的份额很小,M_(2)分潮流的椭圆率K值小于0.2,潮流主要呈N-S向往复式运动,落潮流速大于涨潮流速,最大可能流速介于113~135 cm/s之间,盐田港湾口流速较大,湾顶流速较小,流速总体上由表层至底层逐渐减小,流向较一致;余流流速整体上较小,一般小于8 cm/s,最小约为2 cm/s,层化结构不明显。

福建三沙湾白马港海域潮流动力特征分析

本文根据2015年4月大潮期在三沙湾白马港海域获取的6个站位27 h连续定点海流同步观测资料进行准调和分析,计算了潮流椭圆要素,据此分析了潮流性质、潮流运动形式、分潮最大流速和流向。调查结果表明:白马港海域潮汐类型属于正规半日潮,潮流类型属于规则半日潮流;潮流运动主要表现为往复流运动;主潮流通道上落潮流速大于涨潮流速,落潮历时长于涨潮历时,湾口流速较大,湾顶流速较小,流速总体上由表层至底层逐渐减小,流向较一致,潮流层化结构不明显;M_(2)分潮的椭圆长轴平均值介于47~64 cm/s之间,湾口和湾顶较大。

苏北岸外辐射沙洲海域潮汐余流分析

根据南黄海江苏岸外辐射沙脊群潮流水道中16个站位的实测水文数据,利用潮流准调和分析方法和潮汐余流计算方法,对各个水道中的各测站的潮汐余流进行分析,计算得出了江苏辐射沙洲海域各潮汐水道对应的潮汐余流的数值结果。分析表明,辐射沙洲海域的潮汐余流的量值较大,外海开阔海域的潮余流量值较小;整个辐射沙洲区域有一顺时针方向的半封闭的潮余环流。