长江感潮河段径流对潮波变形和传播的影响研究

受径、潮流相互作用,长江感潮河段潮波从河口向上游传播过程中沿程变形过程复杂。基于长江感潮河段实测高、低潮位,潮时资料以及大通站日均流量数据,采用数理统计、Hermit插值和小波分析方法,分析了长江感潮河段潮汐特征值和潮波传播特征值随流量的变化关系。结果表明:高、低潮位及平均水位随流量增大而增大,并且越往下游对流量的敏感度越低;江阴以上河段潮差随流量增大而先减小后增大;径流对分潮振幅的影响在江阴以上河段较明显,半日潮和全日潮振幅随流量增大先减小后增大,1/4日分潮振幅随流量增大而减小,其中半日潮振幅变化幅度最大;平均水位坡度在芜湖-马鞍山段随流量增大而先增大后减小,在马鞍山以下河段与流量呈正相关;潮波振幅衰减率随流量增大而先增大后减小,越靠近入海口,流量阈值越大。研究成果有助于深入认识河口径潮相互作用机制,亦可为河口治理提供参考。

考虑潮波特性的GNSS-IR潮位反演方法

潮位监测对于保障沿海安全、海洋监测与分析非常重要。随着GNSS的发展,一种GNSS干涉遥感(GNSS-IR)的技术被证明可以进行潮位监测。该方法通过反演反射表面与天线之间的垂直距离(RH)来估算潮位。在GNSS-IR潮位反演中,有一项重要的误差源需要进行改正——潮位起伏引起的高度变化误差。现有的误差改正方法并不能正确计算RH变化速率,从而不能完全改正该误差。因此,提出了一种顾及潮波特性的GNSS-IR融合方法,基于潮波系数,预测窗口内观测时间的RH变化速率,将该值纳入GNSS-IR融合方程中,实现对高度变化误差更好地改正。本文利用3个国际GNSS站点进行试验,与实测潮位序列对比分析,发现顾及潮波特性后,GNSS-IR融合方法精度提高约1.2 cm;提出的顾及潮波特性的GNSS-IR融合反演算法较传统经典方法,精度提升20%~70%。结果表明,该方法通过潮汐分析,预测不同时刻的RH变化速率,从而实现对窗口内RH变化速率的修正,更好地改正高度变化误差。

西江感潮河道(马口—磨刀门)的潮波传播特征研究

基于2015—2017年梧州站逐日流量时间序列,应用一维、二维耦合数值模型,并考虑曼宁系数的洪枯季变化,模拟了西江感潮河道(马口—磨刀门)潮位的时空变化,研究了潮波从河口向河道上游传播过程中的潮波变形特征、潮位极值点的时空分布以及潮差的沿程衰减特征。结果表明,河道水位受径流影响有明显的洪枯季特征;日均水位呈现大小潮期间的半月周期变化,半月变化沿河道上溯逐渐增大,说明外海潮波以一种半月低频分潮的形式向河道上游传播;受径流影响,潮汐不对称特征越往上游越明显,涨潮历时和落潮历时的差异往上游递增。各个水文站的极值潮位受径流影响往上游呈递增趋势,且在外海潮汐的作用下多发生在大潮期间。河道内潮差从下游往上游呈递减趋势,季节差异显著,下游的灯笼山和三灶站有明显的半年周期特征。

海平面上升导致渤、黄、东海潮波变化的数值研究Ⅱ——海平面上升后渤、黄、东海潮波的数值模拟

采用球面潮波运动基本方程，利用开边界强迫水位条件和考虑天体引潮力，对海平面上升后渤、黄、东海的潮波运动进行了数值模拟。根据权威性的IPCC报告和论文，选取丁模拟过程所需的海平面上升量。模拟包括19个理论系数最大的分潮波。根据模拟结果绘制了分潮同潮图，并与现有分潮的同潮图进行了比较和分析。可以看出：海平面上升后的分潮同位相线相对于现有的分潮同位相线沿逆时针方向发生偏转，海平面上升后的分潮无潮点的位置相对_}二现有分潮无潮点的位置发生偏移，海平面上升后的分潮振幅与现有分潮振幅之差有一定的分布模式。从利用模拟结果推算的主要潮位极值可以看出：海平面上升1m后。有些地方的天文最高潮位升高量可达12～16cm，海图深度基准面降低量可达10～12cm。

海平面上升导致渤、黄、东海潮波变化的数值研究 Ⅰ——现有的渤、黄、东海潮波的数值模拟

采用球面潮波运动基本方程,利用开边界强迫水位条件和考虑天体引潮力,对渤、黄、东海现有的潮波进行数值模拟。模拟包括19个理论系数最大的分潮波,其中半日潮波10个,全日潮波9个,对如此多数目的分潮波进行模拟是第一次尝试。模拟结果与实测资料作了比较。根据模拟获得的调和常数绘制了同潮图,并对潮波运动进行了讨论和分析。

世界大洋潮波特征的比较分析

对TOPEX/Poseidon(以下简称T/P)高度计资料直接分析得到4个主要分潮(M2,K1,S2和O1)的调和常数,并与5个全球大洋潮波模式的模拟结果和138个验潮站观测资料的分析结果进行了系统比较,得出如下结论:在深水大洋,高度计资料直接分析结果与潮波模式模拟结果较一致;模拟出的无潮点的个数和位置也较一致;半日分潮模拟结果比全日分潮要好。5个模式模拟结果之间的差异相对较小,振幅的绝对偏差在1.0 cm左右,迟角的绝对偏差在10(°)左右。在陆架浅海,不同模型结果差异相对较大。高度计资料直接分析结果比模式模拟结果普遍偏小,尤其在陆架浅海更是如此。

狭窄河道的二维潮波模拟

本文用ADE方法对狭窄而弯曲的河道进行了水平二维的潮波模拟,并运用不等距网格处理了区域的大弯曲问题,对于谢才系数在狭窄区域的取值问题进行了探讨,认为在狭窄区域谢才系数还依赖于区域的横向尺度。

南海西南部海域M_2潮波传播分布研究

本文使用ＡＤＩ方法对南海西南海域Ｍ２分潮波进行了数值模拟，取得了满意的结果，同时还对此海区的岸形、底形和科氏效应做了数值试验。笔者得出结论：在此海区中存在三个无潮点和三个明显的潮波腹点；泰国湾口的顺时针旋转潮波系统是在弱科氏力作用下，潮波在湾口作缓慢的右转弯形成的；在潮波腹点附近，以腹点为中心流场呈放射状分布。

基于GPU并行的厦门附近海域潮波传播数值模拟研究

厦门周边海域岛屿众多,潮汐汊道交错,水流运动复杂,本文针对该海域开展基于GPU并行的潮波传播精细化模拟研究。基于GPU并行算法构建了厦门附近海域高分辨率二维潮流数学模型,计算效率与单核CPU相比,可提高约180倍。模拟计算了2019年全年厦门周边海域的潮波传播,研究表明,厦门岛附近潮量主要来自厦门湾,潮波自外海向九龙江口方向传播,高潮位逐渐升高,低潮位逐渐降低。同安湾方向潮波受厦门湾和围头湾两股潮波影响,其潮波特性与围头湾更为相似。厦门海域M2分潮占绝对主导地位,其振幅占所有分潮的41.2%,全日分潮K1分潮振幅值最大,同安湾与九龙江口M2分潮振幅接近,K1分潮九龙江口振幅较大,潮波变形程度同安湾较大。

钱塘江河口潮波变化过程

20 0 0年 9月 ,组织实施了钱塘江河口潮涌同步观测 ,获得潮波变形过程的完整资料。潮波穿过杭州湾 ,潮差大幅增加 ,自湾顶澉浦开始 ,河床溯源抬升 ,在浅水效应影响下 ,潮波变形加剧 ,进而形成涌潮。形成以后 ,因涌潮后潮波仍处涨潮状态 ,指向上游的特征线聚集 ,涌潮高度与当地潮差的比值继续增大。涌潮逐渐成为整个涨潮波面。随后 ,因涌潮后潮波已进入落潮阶段 ,特征线分散 ,涌潮渐弱 ,潮位曲线出现双峰 ,且延伸相当距离。

中国东部边缘海潮波系统形成机制的模拟研究

以三维高精度潮波数值模拟为基础，运用系统分析方法和地理信息系统技术，对影 响中国东部边缘海潮波系统的因素，包括入射潮波、科氏力、海区地形、岸线形状及底摩擦等， 进行了模拟试验。结果表明，它们对潮波系统的模式有不同程度的作用，其中科氏力的有无、 岸线形态的变化和水下地形的巨变化对潮波系统有重要影响。研究认为，中国东部边缘海潮 波系统是一个海－潮相互作用的整体；在一定的入射潮波条件下，该区的海区条件、特别是岸 线形态对潮波系统的模式起主要作用。

地理信息系统支持下东中国海潮波系统的模拟研究

本文的研究是在地理信息系统(GIS)、海洋流体动力学模型的支持下,对东中国海区现代潮汐潮流系统特征、潮波系统的形成机制和演变过程的系统研究。通过高分辨率的数值模拟,作者发现了一些前人没有发现的现象;证明在一定的入射潮波条件下,岸线形态和位置对潮波系统的形成起主要作用;系统地恢复了末次冰期最盛时期以来30个时期东中国海的潮波系统。另外作者还探讨了有关GIS与潮汐数值模拟系统及海水运动可视化系统的集成问题。

南沙及其西南海域的潮波系统

不同研究者所给出的南沙及其西南海域的同潮图历来有很大差别。为了给出更准确的同潮图，本文采用沿岸和岛屿200多个验潮站的调和常数给出了M2，S2，K1和O1四个主要分潮新的同潮图，同时还探讨了这些分潮之间的关系。研究表明，M2和S2在泰国湾的期波系统很相似，但在卡里马塔海峡和爪哇海差别相当大。M2潮波基本上属于驻波性质，而S2潮波则具有向西传播特征。在某些区域，如望加锡海峡的部分区域，S2的振幅可以超过M2。泰国湾中K1和O1的潮波系统也相类似。在卡里马塔海峡，这两个潮波都向南传播，但在爪哇海，O1潮波继续向东传播而K1潮波则倒过来向西传播。

黄茅海河口潮波的传播特征与机理研究

黄茅海位处珠三角的西南,潮波自外海向陆的传播过程中,潮差和潮波性质都发生复杂的变化,对其传播过程及背后机理的研究具有重要的理论和实际意义。采用环境流体动力学(Environ-mental Fluid Dynamics Code,EFDC)模型,通过不同时段的观测资料对模型进行良好验证后,分析了枯季和洪季时潮波在河口内传播过程中的潮差变化、水位与流速的相位关系的变化情况,探讨了合山水闸的存在以及黄茅海与珠三角河网的相互作用对河口潮波的影响,结果表明地形变化、摩擦力作用、入射波与反射波的叠加是造成潮波沿程变化的主要原因,合山水闸形成的反射波影响范围可达上百千米,而黄茅海与珠三角河网的相互作用减小了河口的潮差。珠三角的磨刀门河口与伶仃洋—虎门—广州河口的潮波传播表现出与黄茅海河口的不同特征。

渤海岸线地形变化对潮波系统和潮流性质的影响

采用有限体积近岸海洋模型FVCOM,基于渤海2004和2014年的岸线地形数据,构建渤海2个年份的三维潮汐潮流数值模式;通过数值模拟研究,探讨了渤海岸线地形变化对潮波系统和潮流性质的影响。数值模拟结果表明:岸线地形变化后,半日分潮潮时在渤海湾、莱州湾和渤海中部东南海域提前,在辽东湾和渤海中部西北海域滞后;振幅在渤海湾及辽东湾增大,在莱州湾及渤海中部减小;位于秦皇岛和黄河口的半日分潮无潮点位置分别向西南和东南方向移动。渤海绝大部分海域全日分潮潮时提前,振幅增大,位于渤海海峡的全日潮无潮点位置向东移动。潮流性质系数在莱州湾增大,在渤海其他大部分海域减小,渤海规则半日潮流海区范围略有增加,不规则半日潮流海区范围相应减少。

波浪和潮波作用下黄河口快速沉积海床土非均匀固结试验研究

黄河高含沙量水体在弱潮陆相河口入海,80%的泥沙在河口附近快速堆积。过去研究发现,黄河三角洲潮滩表层沉积物呈现非均匀固结状态。为了揭示该现象产生的机制,在黄河刁口流路三角洲叶瓣潮坪上,现场取土配置黄河口快速沉积形成的流体状堆积物,研究快速沉积的粉质海床土在波浪和潮波作用下的孔压响应及非均匀固结过程。利用静力触探、十字板剪切试验、孔隙水压力监测等原位测试手段,实时测定快速沉积的海床土强度和孔压变化过程。研究发现,快速沉积的粉质土在自重作用下的固结速度很快,正常固结完成后,强度随时间的发展依然不断增加,沿深度方向出现类似原状土体的固结非均匀现象和似超固结状态;在波浪和潮波作用下快速沉积粉质土孔压沿深度出现非均匀变化,在波浪作用下出现了超静孔压的积累。分析发现,该固结状态和强度沿深度方向非均匀变化是由于土体在潮波及潮波和波浪的联合作用下形成的;潮滩表层土体在波浪荷载长期作用下形成硬壳层。

台湾海峡M_2分潮潮波研究进展

台湾海峡内各种与潮波相关的现象,可以归因于在地形及岸线的影响下自台湾海峡南北两端进入的潮波的相互作用。近20余年来台湾海峡潮波的研究获得显著进展,然而即使作为台湾海峡主要分潮的M2分潮,其相关研究中也还存在着诸多分歧。从台湾海峡M2分潮潮波分布特征及解释研究出发,并针对以往各种研究中差别较大的M2分潮潮流的分布及变化特征,归纳总结了相关研究的主要分歧:(1)对台湾海峡M2分潮潮波的研究的争议主要集中在2点,包括对自台湾海峡南、北两端进入海峡的潮波的作用范围的研究以及台湾海峡内部潮波系统形成机制的探讨;(2)台湾海峡M2分潮潮位分布研究的主要分歧在于对台湾岛西岸潮时潮差的分布特征的解释;(3)台湾海峡M2分潮潮流研究中最大的差异在于对最大潮流同潮时线分布特征的描述,其实质仍为对潮波作用范围的描述;对应于M2分潮最大潮流同潮时线研究观点的差异,在M2分潮圆流点是否存在、圆流点存在位置及圆流点旋转方向的研究上也存在着较大的差异;对台湾海峡内部椭圆率为零的分隔线位置的讨论,主要分歧在于该椭率零线靠近台湾岛附近及澎湖列岛附近时的分布状况。此外,最强流区的位置判定及极值区潮流流速量值的大小问题上也存在差异。

末次冰期最盛时期以来中国东部边缘海潮波系统演变过程的模拟研究

在系统地研究了中国东部边缘海区引潮力、入射潮波、科氏力、水下地形、海岸形态及摩擦作用等因素对区域潮波系统形成影响的基础上 ,确定了中国东部边缘海的海岸轮廓是区域潮波系统形成的主导因素 ,认为模拟末次冰期最盛时期以来中国东部边缘海区潮波系统的形成过程需要 3个重要的控制性条件 ,即入射潮波、海岸线变迁过程和海面变化曲线。利用中国东部边缘海潮波系统与海岸演变模拟支持系统 ,对末次冰期最盛时期以来 30个时期中国东部边缘海区潮波系统的形成与演变过程进行了模拟再现研究 ,系统地恢复了在不同的海面高程、不同的岸线形态条件下全日潮、半日潮潮汐分布特征。模拟结果显示 ,末次冰期最盛时期以来 ,12 40 0 a B.P.和 75 0 0 a B.P.两个时间界限分别代表了旋转潮波系统—无潮点开始出现、中国东部边缘海潮波系统现代格局基本奠定这两个特征事件的发生时间 ,将中国东部边缘海潮波系统的演变过程划分为 3个发展时期。

黄海海底辐射沙洲区的M2潮波

建立了东中国海潮波数值模型，模拟了Ｍ２分潮波的传播，以研究Ｍ２分潮波的时空分布与黄海海底辐射沙洲形成和演变规律之间的关系．Ｍ２分潮波进入南黄海后，部分受山东半岛阻隔，在半岛以南水域及海州湾呈逆时针旋转．旋转波与后继的南黄海前进波在江苏北部沿海相遇，并在弓京港附近的水域形成潮波辐聚．在辐聚区内，潮差大，流速急，成为塑造海底沙脊间深槽的主要动力条件．７０００年前古海岸下Ｍ２分潮的数值试验表明，古河口附近的潮波为移动驻波型，其范围刚好与现在的南通市相对应．

象山港潮波响应和变形研究──Ⅲ.潮滩位置和平流效应对M_4分潮的作用

通过半封闭矩形理想海湾的潮波运动数值模拟，分析了潮滩及平流效应对M4分潮的生成和增长的影响．结果说明潮滩的作用不但依赖本身的规模和湾内潮波非线性的强弱，而且与潮滩在湾内所处位置关系很大．在存在M4分潮共振的海湾中，平流效应可以抑制共振对M4分潮的放大作用．