宁波舟山近海三维潮汐潮流数值模拟
大亚湾海域潮流和余流的三维数值模拟
中 图分 类 号 ：Ｐ ３ ７１ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：ｌ ｏ — ４ ０ ２ ０ ） ３０ １ － ６ ｏ ９５ ７ （ ０ ７ ０ － ０ ８０
Ｔｈｒ ｅ ｄ ｍ ｅ ｉ ｎ ｌｎ ｍ ｅ ｉ ａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｉ ａ ｕ ｒ ｎ ｅ － ｉ ｎｓｏ ａ ｕ ｒ ｃ ｌｓ ｍ ｌ ｔｏ ｆ ｔｄ ｌｃ ｒ ｅ ｔ ａ ｅ ｉ ｕ ｌｃ ｒ ｅ ｔ ａ ｙ ｙ ｎｄ ｒ ｓ ｄ ａ ｕ ｒ ｎ ｔ Ｄａ ａ Ｂａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｈ ｅ — ｉ ｎ ｉ ｎ ｌ ｈ ｌ ｓ ａ ｍｏ ｅ （ ＡＭ Ｓ ｓｒ ｃ ： ｔ ｒ ｅ ｄ ｍｅ ｓｏ ａ ｅ ｆ ｅ ｄ ｌ Ｈ ｓ ０Ｍ ）ｉ ｍｐ ｏ ｅ ｏ ｓｍｕ ａ ｅｔ ｅｔｄ ，ｔｄ ｌ ｕ ｒ ｎ Ｓｅ ｌ ｙ ｄ ｔ ｉ ｌ ｔ ｈ ｉ ｅ ｉ ａ ｒ ｅ ｔ ｃ
摘 要 ：用 三维 陆架 海 模 式 （ ＨＡＭＳ Ｍ ） 大 亚 湾 海 域 的 潮 汐 、潮 流 和 余 流 进 行 了数 值 模 拟 研 究 ，模 拟 结 果 与 实 测 Ｏ 对 值 吻 合 较 好 。 给 出 了潮 流性 质 、主 要 分 潮 的 潮 流 椭 圆 和 余 流 。计 算 结 果 表 明 ，大 亚 湾 海 域 的潮 流 性 质 以 不 正 规 半 日潮 为 主 ，水 平 潮 流具 有 明 显 的 往 复 流 性 质 ，主 要 呈 南一 方 向 ，落 潮 流 速 比涨 潮 流 速 大 ，其 中表 层 Ｍｚ 潮 最 大 北 分 流 速 为 ２ ． ｃ ・ ～ 。流 速 受 地 形 的 影 响 ，在 大 辣 甲和 黄 毛 山 岛 之 间 以 及 两 岛 与 岸 之 间 的 区 域 流 速 较 大 ，尤 其 在 ５ ３ｍ Ｓ 湾 的 东 北 角 狭 长 地 形 处 流 最 急 ， 流速 最 大 ；靠 近 岸 边 流 速 较 小 ，水 平 速 度 的垂 向 变 化 不 大 。夏 季 湾 内余 流 较 小 ，
舟山海域水文观测分析及其变化过程模拟—报告PPT
1.1.1 大面站温盐水平分布
PART THREE
看完了关于如何做科
1.1.2 大面站温盐垂直断面分布
1.2
连续站数据（ADCP数据）分析
学研究的几本书，只
是觉得像喝了几碗鸡 汤，然并卵罢了
1.2.1 A_3连续站ADCP数据 1.2.2 A_3站流速数据处理
1.2.3 A_3站周日海流准调和分析
4
1.2.1 A_3连续站ADCP数据 1.2.2 A_3站流速数据处理
1.2.3 A_3站周日海流准调和分析
9
01
水文观测资料分析
Hydrological observation analysis
1.2
连续站数据（ADCP数据）分析
1.2.1 A_3连续站ADCP数据
数据主要要素：
流向、流速、 流速东西分量、南北分量
Numerical Simulation
模式结果与实测对比
Model result Comparison with Observation
结论与展望
Conclusion and Prospects
01 1.1
水文观测资料分析
Hydrological observation analysis
大面站数据（CTD数据）分析
长江口及邻近海域海洋生物与生态野外实践基地
2015年度成果汇报
舟山海域水文观测分析及其变化过程模拟
Zhoushan adjacent sea area hydrological observation analysis and simulation 汇报人： 指导老师：
长江口近海作为典型的河口—近岸海洋系统，与人类生活密切相关， 具有极高的研究价值。近年来，长江口近海赤潮频发，低氧现象不断恶化， 这些现象发生的核心区域正好受长江入海径流、沿岸流、台湾暖流交叉影
舟山海域风暴潮特征及数值模拟研究
舟山海域风暴潮特征及数值模拟研究杨昀;王惠群;管卫兵;曹振轶;陈琪【期刊名称】《海洋学研究》【年(卷),期】2015(33)3【摘要】选择20个对舟山海域有较大影响的历史台风案例,开展定海站实测潮位数据的分析与归纳,总结得出20个台风中风暴潮过程增水最大值为5612号台风的207.1 cm,风暴潮高潮位最大值为9711号台风的283.7 cm.同时,在三维斜压水动力模型SELFE的基础上加入台风气压场和风场模块,建立了一个采用非结构三角形网格的天文潮-风暴潮耦合模型,模拟表明定海站的斜压效应较为明显,非线性耦合作用相对较弱,但两潮耦合风暴潮增水结果仍优于风暴潮单因子增水结果,与实际增水更为接近.在此基础上,以一定间隔在5612号台风原路径南北两侧各设计了2条平行路径,分别模拟两潮耦合风暴潮增水,结果表明5612号台风参数沿其原路径偏南1个最大风速半径距离的S1路径运动时可模拟得到定海站可能最大风暴潮增水为243.9 cm.最后,在S1路径下模拟可能最大风暴潮增水分别遭遇天文高、中、低潮位时的风暴潮高潮位,结果表明天文潮高潮时可得到可能最大风暴潮高潮位约为400 cm,天文中潮时次之,而天文低潮时风暴潮高潮位最低.【总页数】10页(P7-16)【作者】杨昀;王惠群;管卫兵;曹振轶;陈琪【作者单位】卫星海洋环境动力学国家重点实验室,浙江杭州310012;国家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州310012;卫星海洋环境动力学国家重点实验室,浙江杭州310012;国家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州310012;卫星海洋环境动力学国家重点实验室,浙江杭州310012;国家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州310012;浙江大学海洋科学与工程学系,浙江杭州310058;卫星海洋环境动力学国家重点实验室,浙江杭州310012;国家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州310012;卫星海洋环境动力学国家重点实验室,浙江杭州310012;国家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州310012【正文语种】中文【中图分类】P731.23【相关文献】1.舟山海域LNG码头工程冷排放数值模拟研究 [J], 姚姗姗;解鸣晓;赵洪波2.舟山特定海域三维水流数值模拟研究 [J], 秦华伟;蔡真;周红伟;胡杭民3.宁德海域风暴潮数值模拟研究 [J], 王庆业;陈钰祥;郭玉臣;陈本清;任堃;梁建芳4.罗源湾海域台风风暴潮数值模拟研究 [J], 原楠;陈新平;陈学恩;陈金瑞5.基于ADCIRC+SWAN耦合模型的风暴潮数值模拟研究——以深圳西部海域为例 [J], 高佳; 潘嵩; 王慧; 张建立; 谭晓煜; 李程; 董军兴因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
浙江近海潮汐潮流的数值模拟-海洋学报
第25卷第5期海洋学报Vol.25,N o.5 2003年9月ACTA OCEANOLOGICA SINICA September,2003浙江近海潮汐潮流的数值模拟陈倩1,2,3,黄大吉2,章本照1(11浙江大学力学系,浙江杭州310027;21国家海洋局第二海洋研究所浙江杭州310012;31国家海洋局海洋动力过程与卫星海洋学重点实验室,浙江杭州310012)摘要:用三维陆架海模式(HAM SOM)对浙江近海的潮汐、潮流进行了数值模拟,并采用网格嵌套和动边界技术对原模式作了改进,以提高计算的精度,改进后的模式在浙江近海的应用中被证明是成功的.沿岸50个潮位站计算与实测值的比较表明,加入动边界以后的小区域细网格计算较之粗网格以及未加动边界以前精度普遍提高,比较的均方差结果为:M2分潮振幅差416cm,相角差7114b;S2分潮振幅差510cm,相角差514b;K1分潮振幅差2125cm,相角差5176b;O1分潮振幅差1156cm,相角差515b,可见计算与实测符合良好.另外,选取了105个实测潮流点,比较了表层M2和K1分潮流调和常数分量U cos N,U sin N,V cos G,V sin G的实测值与计算值的偏差,结果表明计算与实测的符合程度较好.在此基础上,给出了各主要分潮的潮位同潮图、潮流同潮图、潮汐性质、潮流性质、潮流椭圆和潮流的运动形式等,发现4个主要分潮M2,S2,K1,O1在本区内均未出现无潮点;M2分潮流在29b18c N,122b46c E处有一个圆流点.此外还得到了一些有意义的结论,都与实测情况符合良好,从而对整个浙江沿海区域的潮汐潮流特性有了一个全面认识.关键词:数值模拟;网格嵌套;动边界;潮汐潮流;浙江近海中图分类号:P731123文献标识码:A文章编号:0253-4193(2003)05-0009-121引言浙江近海岸线曲折,地形复杂,港湾众多、岛屿星罗棋布.由北往南的主要港湾有杭州湾、宁波-舟山深水港、象山港、三门湾、乐清湾、温州湾等,均属强潮海区.沿岸和诸岛屿上设有一些验潮站和潮流测点.关于浙江沿岸各海区内潮汐潮流实测资料的研究已有不少成果,本文作者[1]也曾以多年来沿岸各潮位站观测资料以及海岸带和海岛调查的实测海流资料为依收稿日期:2002-09-25;修订日期:2002-12-10.基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(499018);国家自然科学基金资助项目(40076010).作者简介:陈倩(1975)),女,浙江省舟山市人,国家海洋局第二研究所和浙江大学力学系联合培养博士,从事海洋动力过程研究.E-mail:dajih2001@10海洋学报25卷据,分析研究了整个浙江沿海区域的潮汐潮流特征,得到了一些规律性结论,但是实际观测既昂贵又费时,而且实测点有限,该海域的流场分布又较为复杂,因此要由点到面准确地掌握大面积潮位和潮流的分布变化规律,数值模拟计算仍不失为一种廉价而有效的研究手段.有关浙江近海各海区的数值模拟,前人已做过不少工作,曹德明等[2,3]用有限差分法对杭州湾的潮汐、潮流进行了二维数值模拟;李身铎等[4]采用R坐标下的三维数值模式模拟了杭州湾三维潮波运动;曹欣中等[5]做了宁波、舟山内海域的潮流场数值模拟计算;董礼先等[6]数值模拟了象山港水域的潮波运动;周大成[7]采用平面二维三角形单元显性有限元潮流模型对椒江河口大潮潮流特性进行了数值模拟;李孟国等[8]建立了时间二次插值的三角形网格显式差分数学模型,对瓯江口海区的潮流场进行了成功的模拟.但是,由于该区地形和岸线条件复杂,为提高数值计算的精度,绝大多数的计算工作是针对某局部海区进行的,极少把浙江近海作为一个整体进行数值计算,而且大多数的研究成果局限于某几点的潮位验证或某时刻的流场分布,未给出整个研究海域的潮分布规律(如各分潮的等振幅线和同潮时线等).也有许多模拟东海或渤海、黄海、东海的数值计算文章[9~11],但由于浙江近海只是其中很小一块区域,故其所提供的该区的潮汐潮流分布信息就不够细致.因此,把浙江近海作为一个整体,在较高精度下进行数值计算,并由此得到一系列规律性成果,是很有意义的,而且为了弄清潮汐潮流对物质输送和扩散以及浙江近海温度、盐度分布的影响,也需要把浙江近海作为一个整体来进行计算.本文采用三维陆架海模式对整个浙江海区的潮汐、潮流进行了数值模拟计算,并引入网格嵌套技术使得小区域内的细网格计算精度提高,引入动边界技术来处理露滩问题,使该区潮模拟更加真实可靠.本文用这两项技术对原有的HAMSOM模式进行了改进,改进后的模式被应用于浙江近海潮汐、潮流的三维数值计算中,经验证效果良好.在验证计算值与实测值符合良好的基础上,给出了各主要分潮的潮位等振幅线和同潮时线、潮汐性质、潮流等振幅线和同潮时线、潮流椭圆、潮流性质及潮流的运动形式.2数值模式及其应用211三维陆架海模式(HAMSOM)简介HAMSOM(H amburg shelf ocean model)是由德国汉堡大学海洋研究所Backhaus和他的同事们发展的三维斜压陆架海模式.自20世纪80年代初发展至今,模式已有了不少改进[12~15].下面对HAM SOM的框架及其特点作简要说明.HAMSOM是一垂向分层模式,控制方程建立在任一垂向层上.这是为简化数值计算,通过对原始三维运动方程和连续方程组进行层积分处理(即把相应的方程对模式的垂向某一层积分),得到层积分的连续方程、运动方程和温度、盐度方程[13],从而将三维问题转化为二维问题,层与层之间通过垂向动量交换联系起来.此外,针对限制时间步长的线性不稳定因子,采取相应的措施,使模式的时间步长不受稳定性限制:(1)科氏力项,在运动方程中通过对科氏力项引入一个稳定的二阶旋转矩阵来克服它在时间迭代过程中产生的线性不稳定[13];(2)外重力波项,对运动方程中的正压梯度力项和连续方程中的水平散度项,采用半隐式的差分格式,以克服由外重力波所引起的对稳定性的限制;(3)垂向黏性(扩散)项,对运动方程中的垂向黏性项和温度、盐度方程中的垂向扩散项,采用半隐式的差分格式,以克服该两项对稳定性的限制.通过以上处理并作进一步推导后,可以得到关于水位的椭圆型方程及输运量的三对角方程.用超松弛法可求解关于水位增量的椭圆型方程,从而得到下一时间步长的水位值,用追赶法可求解三对角方程得到水平输运量和水平流速分量,然后求解层积分方程,确定垂向流速场.由于本文仅探讨浙江近海的主要正压动力过程:潮汐和潮流,故采用HAM SOM 模式的正压模拟部分,对温度、盐度方程暂不考虑.212 模式的应用21211 计算海区和模式安排本计算海域为27b ~31b N,12011b ~12311b E 的整个浙江沿岸水域,区域地形如图1所示.经向和纬向水平网格均取1c ,纬线(x 方向)上网格的大小由纬度来校正,垂向取8层,这是为反映岛屿间水道或海峡通道地形的剧烈变化而设置.从上向下各层的厚度分别为10,20,30,40,50,75,100,150m.时间步长取5m in.陆地边界取法向流速为0;开边界潮位给定,包含5个主要分潮(M 2,S 2,N 2,K 1和O 1),由大区域模式(渤海、黄海、东海,如图2)提供.开边界处流速的边界条件根据Orlanski 辐射条件来确定.图1 区域地形(等值线单位:m)及实测比较点的位置图2 大、小计算海区及网格示意图在模式应用过程中,由于研究海域的特殊性,将引入两项数值技术,即网格嵌套和动边界技术.21212 引入网格嵌套技术为小区提供开边界条件浙江近海是个相对于渤海、黄海、东海等较小的海域,且沿岸地形复杂,岸线曲折.为了得到反映该区特征的数值计算结果,更好地刻划岸线以及尽可能反映影响因素(如江河入海径流),都希望把网格划分得足够细,但是小区域的开边界条件往往难以给定,因为研究区域小,115期 陈 倩等:浙江近海潮汐潮流的数值模拟开边界可能引入误差的影响就比较大,为减小此误差,又希望把计算海域尽量扩大.如果在扩大海域下采用单一的细网格,将会增加计算量,因此我们引入网格嵌套技术来解决这一矛盾,即对外部大区域用粗网格,对内部小区域用细网格分别进行计算,其中大区的计算结果为小区提供所需的开边界条件,这样既保证了小区域计算精度,又可避免开边界上过大的误差影响.本文取24b~41b N,117b~131b E的整个渤海、黄海、东海为大区域,经向和纬向水平网格都取10c,小区域即浙江沿岸海域的大小计算海区如图2所示.开边界上潮位边界条件为F=E5i=1H i cos(R i t-g i),(1)式中,i从1到5分别表示5个主要分潮M2,S2,N2,K1和O1.小区域计算中,开边界上的调和常数由大区的计算结果经线性插值得到[16~18].图3浙江近海的潮滩示意图21213引入动边界模拟潮滩涨落浙江沿岸河口、港湾众多,滩地广泛分布.图3为浙江近海的潮滩示意图,其中黑色区域为潮滩.潮滩沙脊等随着潮位的涨落时而淹没时露出,相应水域的面积也随之增大或减小.为正确模拟这类变化的水域,我们引入动边界技术.本文将采用水位判别法[17~23].在计算过程中,随时对滩地网格点作状态判别,根据该时刻某点的瞬时水深判断其是否淹没,以确定该点是否参与计算.对于所有的潮滩点,由于最大可能的瞬时水深都不超过10m(实测最大潮差为8193m),故垂向仅有一层,我们可以把它当作二维问题来讨论.对于平面上任一潮滩点(i,k),瞬时水深h i,k= D i,k+F i,k,其中D i,k,F i,k分别为(i,k)点的滩地高程及潮位.由于算法的限制,对动边界的判别指标往往不能以单元水深为0来确定,而需要引入一个富裕水深D0(本文中取D0=011m)来保证求解的稳定性.落潮过程中,F i,k<0,当h i,k[D0时,认为该点干出,不参与计算,且令其流速为0;反之,则认为该点淹没,参与计算.涨潮过程中,水边界线随潮位的上升向高滩推进,则计算网格点增多.因新增网格点原无潮位值,故取其周围4点(i+1,k),(i-1,k),(i,k+1),(i,k-1)中已淹水的诸点潮位的平均值:F i,k=(F i+1,k E i+1,k+F i-1,k E i-1,k+F i,k+1E i,k+1+F i,k-1E i,k-1)(E i+1,k+E i-1,k+E i,k+1+E i,k-1),(2)式中,E i,k=1水点,0陆点.涨潮时,F i,k>0,当h i,k\D0时,认为该点淹没,参与计算,反之不参与计算.12海洋学报25卷3 计算结果及与实测的比较根据潮汐调和分析理论,分离主要分潮调和常数所需的最短潮位时间序列为15d,在实际应用中,常用1个月的潮位时间序列以获得较好的结果.计算的初始条件为:当t =0时,u =v =w =F =0,其中u,v 分别为水平流速的东分量和北分量,w 为垂向流速,F 为未扰动海面上的潮高.潮汐和潮流模拟时,模式共运行了32d,在2d 内模式已由零初始状态完全建立起来,模式产生的水位和流速数据每隔1h 进行储存,后30d 的逐时数据用于分析计算潮汐和潮流的调和常数,这里我们用最小二乘法来计算7个主要分潮(M 2,S 2,N 2,K 1,O 1,M 4和MS 3)的调和常数.为了验证计算结果的可靠性,我们从历史观测资料中挑选出50个有代表性的沿岸水位站,其位置如图1中空心五角星所示.此外,选出105个潮流比较点,其位置如图1中实心圆点所示.通过比较模拟计算与实测点的调和常数来验证计算的可靠性.表1为50个潮位站上4个主要分潮调和常数之差值(该值为实测减模拟所得)的均方差比较.为验证网格嵌套和动边界技术应用的效果,我们分别列出了10c 固定边界、1c 固定边界、1c 动边界3种情况下的均方差.由表1可见,计算与实测都符合较好.M 2分潮振幅差值中有82%的站点1c 细网格的计算精度优于10c 粗网格,1c 动边界的计算精度又优于1c 固定边界;10%的站点1c 固定边界效果最好,1c 动边界其次,10c 粗网格最差;另外8%的站点1c 动边界计表1 50个潮位站上4个主要分潮调和常数的模拟与观测之差值的均方差比较M 2S 2K 1O 1$H /cm$g /(b )$H /cm $g /(b )$H /cm $g /(b )$H /cm $g /(b )10c812110160817010167310010100210781701c615081786120719221688100118071151c 动边界41607114510051402125517611565150算结果最好,10c 粗网格次之,1c 固定边界最差.其他分潮的振幅、相位差统计结果与此皆相差不大.因此,综合来看,应用了网格嵌套和动边界技术之后,各点的计算精度普遍得到提高,效果明显.在下面的讨论中,我们将仅以1c 动边界情况下所得的模拟计算结果作为研究对象.图4a,b 分别为50个潮位站上4个主要分潮(M 2,S 2,K 1,O 1)调和常数的振幅和相角的实测值(x 轴)与计算值(y 轴)的对比结果,图中的点均分布在第一象限的角平分线附近,表明计算值与观测值比较一致.浙江近海潮流的数值模拟虽然是在三维的HAMSOM 模式下进行,但除近海底外,潮流的垂向变化都较小,因此仅以表层的潮流特征来讨论.图5a,b 分别给出了105个测流站表层M 2,K 1分潮流调和常数分量U cos N ,U sin N ,V cos G ,V sin G 的实测值(x 轴)和计算值(y 轴)的对比结果.测点均匀分布于计算海区.由图可见,计算值与实测值符合较好.误差统计分析表明,对M 2分潮流来说,两者偏差绝对值小于10cm/s 者占93%,最大偏差为1617cm/s;对K 1分潮流来说,两者偏差绝对值小于3cm/s 者占97%,最大偏差为4159cm/s.135期 陈 倩等:浙江近海潮汐潮流的数值模拟图4 模拟与实测各主要分潮M 2,S 2,K 1,O 1调和常数之比较图5 模拟与实测分潮流分量U cos N ,U sin N ,V cos G ,V sin G 之比较a.M 2分潮流,b.K 1分潮流4 计算结果的讨论411 同潮时线和等振幅图图6a,b,c,d 分别为主要半日分潮M 2,S 2和主要全日分潮K 1,O 1的同潮时线和等振幅线图,由图可见,M 2,S 2分潮同潮时线的走向基本一致.在M 2同潮图中,250b 同潮时线以三门湾为顶点,呈八字形向两旁伸展.图中S 2的300b 同潮时线类似分布.同潮时线的这一分布特征表明:半日潮波进入陆架后,由东南向西北挺进,首先在三门湾口附近达到高潮,然后分南北两支传播.K 1,O 1分潮的等振幅线图大致相似,两者的振幅都是由东向西略有增大,但增幅很小.同潮时线分布表明,K 1分潮由东北向西南传播;O 1分潮以西北-东南向传入本海域,在三门湾附近传向渐变为东北-西南.在本海域内,各分潮都没有出现无潮点.14海洋学报 25卷图6潮位的同潮时线和等振幅线a1M2分潮, b.S2分潮, c.K1分潮, d.O1分潮等振幅线/cm;同潮时线/(b)155期陈倩等:浙江近海潮汐潮流的数值模拟412 潮汐类型潮汐类型是根据潮型数F =(H K 1+H Q 1)/H M 2来划分的,它反映了日分潮与半日分潮的相对重要性.根据值的大小,一般可把潮汐分为4种类型,即规则半日潮(010<F [015)、不规则半日潮(015<F [210)、不规则日潮(210<F [410)和规则日潮(F >410).由图7a 可见,浙江近海以半日分潮为主.大部分海域内F [015,为正规半日潮,如浙北的杭州湾以及浙中、浙南的沿岸海域;小部分地区015<F [210,为非正规半日潮,主要分布在甬江两侧并连及舟山群岛部分海区.其产生原因是由于潮波变形,H M 2减小,而H Q 1和H K 1基本不变,故比值增大.图7 潮型数(F )a.潮位,b.表层潮流413 潮流的同潮时线和等振幅图图8a,b 分别给出了M 2,K 1分潮流表层合成流等振幅线和同潮时线的分布.由图可见,M 2,K 1分潮流等振幅线的分布显示,在本海域内存在几个明显的强流区.浙北的杭州湾和舟山群岛诸水道内潮流最强,M 2分潮流的振幅可达120cm/s 以上,这是由于潮流受地形影响显著.由于杭州湾的喇叭口地形,定海、岱山、嵊泗等海区的一些狭长水道,潮流通道的截面较小,故潮流速很强.另外,在三门湾、温州湾等港湾区,潮流振幅随近岸距离的减小而有明显增强趋势,这种变化趋势主要是由海区的水深条件、岸线和地形等因素造成的.M 2分潮流在29b 18c N,122b 46c E 处有一个圆流点,这与文献[11]中所得结果一致.同潮时线的旋转方向为反时针旋转.16海洋学报 25卷图8 潮流的同潮时线和等振幅线(表层)a 1M 2分潮, b.K 1分潮等振幅线/cm,等潮时线/(b )图9 M 2分潮流旋转率K 的分布(表层)414 潮流类型和潮流的运动形式潮流类型的划分标准与潮汐类型相类似.根据我国5港口工程技术规范6[24]的规定,采用(W O 1+W K 1)/W M 2作为指标,其中W O 1,W K 1,W M 2分别为O 1,K 1,M 2分潮流的椭圆长轴.由图7b 可见,绝大部分海域表层潮流F 值在012左右,均小于015,故浙江近海基本都属于正规半日潮流区.潮流的运动形式由潮流的椭圆旋转率K 来描述.K 值为潮流椭圆的短轴与长轴之比.当K 值大于0125时,潮流表现出较强的旋转性,而当其小于0125时,潮流表现为往复流.K 值前面的正负号表示潮流的旋转方向,正号为左旋,负号为右旋.由于本区域内半日潮流具有支配地位,因此我们给出M 2分潮流旋转率K 的分布来表征潮流的旋转特征,如图9所示.由图可见,在沿岸的港湾、河口水域及潮汐通道等处,潮流运动由于受地形、边界条件的制约,往复流的性质非常明显,K 的绝对值多小于012.外海或离岸较远且较宽敞的海区K 175期 陈 倩等:浙江近海潮汐潮流的数值模拟的绝对值大于014,呈旋转流态,如大目洋、三门湾、温州湾外海等.从旋转方向上看,大多数站点的K 为负号,呈右旋,这是由于地球自转效应产生的结果.另外,杭州湾口、浙闽交界水域各有一明显左旋区,这是潮波干涉区的影响所致.415 潮流椭圆图10a,b 分别给出了5c 为间隔的计算点上主要半日分潮M 2和主要全日分潮K 1的潮流椭圆长短轴分布.潮流的椭圆长轴指示了最大流速和最大流速方向.由图可见M 2,K 1分潮流椭圆长短轴的分布较为相似.从南往北,流速渐增.远岸区域旋转性较强,流速较弱;近岸区域则多为往复流,流速较强.M 2分潮流椭圆长轴的分布比较规则,其变化与地形密切相关.本区东南海域椭圆长轴的走向为西北-东南,这显示了潮波的传入方向.潮波传入后分为两支,往北和往南的传播方向各不相同,这在椭圆长轴的走向上有所反映.往南的一支表现为椭圆长轴在浙南海区多为东-西走向,而往北一支潮波则表现为椭圆长轴由浙中的东北-西南走向渐变为浙北的西北-东南走向,进入杭州湾后,基本为东-西走向.在港湾区或河汊水道处,椭圆长轴的方向一般与岸线或港湾水道走向相一致.K 1分潮流椭圆长轴之走向,在三门湾以北区域多为西北-东南,从三门湾往南渐变为东北-西南走向.在近岸区域,椭圆长轴的方向与岸线平行.图10 潮流椭圆长短轴分布图(表层)a.M 2分潮流,b.K 1分潮流5 小结本文用三维陆架海模式对整个浙江近海的潮汐和潮流进行了三维数值模拟,并针对浙江近海岸线曲折、潮滩广泛分布等地形特点,引入网格嵌套和动边界技术以提高计算的精度.改18海洋学报 25卷进后的HAM SOM 模式被成功地应用于该区的潮流数值模拟中,通过与实测点调和常数的比较,验证了这两项技术引入原模式后的良好效果,计算精度普遍得到提高.这是HAMSOM 模式首次应用于浙江近海的潮汐、潮流计算,该模式在研究陆架海动力学上有着独特的优越性.模式在应用过程中根据实际需要所作的改进也被证明是成功的,这使得该模式得到进一步的完善.改进后的模式可以嵌套用于局部更小区域的精细计算,也可以处理边界变动的问题.除模式的改善和成功应用外,本文将浙江近海作为一个整体进行数值计算并得到了一批反映规律的研究成果.本文给出了全区范围内4个主要分潮M 2,S 2,K 1,Q 1的潮汐同潮图,发现在本海域内,这4个分潮都没有出现无潮点;给出了M 2,K 1分潮潮流同潮图,发现M 2分潮流在29b 18c N,122b 46c E 处有一个圆流点,K 1分潮流在该区内无圆流点;此外还得到了潮型数F ,M 2分潮流椭圆率K 和潮流椭圆的分布规律.以上模拟结果都与实测情况[1]符合良好,而模拟结果由于不受实测点的限制,因此更全面、完整.参考文献:[1] 陈 倩,黄大吉,章本照.浙江近海潮汐特征的研究[J].东海海洋,2003,21(2):1)12.[2] 曹德明,方国洪.杭州湾潮汐潮流的数值计算[J].海洋和湖沼,1986,17(2):93)101.[3] 曹德明,方国洪.杭州湾和钱塘江潮波的联合数值模型[J].海洋学报,1988,10(5):521)530.[4] 李身铎,顾思美.杭州湾潮波三维数值模拟[J].海洋与湖沼,1993,24(1):7)15.[5] 曹欣中,唐龙妹,张月秀.宁波、舟山内海域实测海流分析及潮流场的数值模拟[J].东海海洋,1996,14(2):1)9.[6] 董礼先,苏纪兰.象山港潮波响应和变形研究.Ò.象山港潮波数值研究[J].海洋学报,1999,21(2):1)8.[7] 周大成.椒江河口大潮潮流特性的数值分析[J].浙江水利水电专科学校学报,2001,13(3):13)14,26.[8] 李孟国,王正林.瓯江口潮流数值模拟[J].长江科学院院报,2002,19(2):19)22.[9] 赵保仁,方国洪,曹德明.渤、黄、东海潮汐潮流的数值模拟[J].海洋学报,1994,16(5):1)10.[10] 万振文,乔方利,袁业立.渤、黄、东海三维潮波运动数值模拟[J].海洋与湖沼,1998,29(6):611)616.[11] 王凯,方国洪,冯士.渤海、黄海、东海M 2潮汐潮流的三维数值模拟[J].海洋学报,1999,21(4):1)13.[12] BACKHAUS J O.A sem-i implicit scheme for the shallow water equations for applications to shelf sea modelling[J ].ContS helf Res,1983,(2):243)254.[13] BACKHAUS J O.A three -di m ensional model for the simulation of shelf sea dynamics [J ].Deutsche HydrographischeZeitschrift,1985,38:165)178.[14] BACKHAUS J O,HAINBUCHER D.A finite difference general ci rculation model for shelf seas and i ts application to lowfrequency variability on th e North European shelf[A].NIHOUL J C ,JAM ART B M .Three -Dimensional M odels of M arine and Estuarine Dynamics[M ].Amsterdam:Elsevier Science Publishing B.V.,1987.221)244.[15] 黄大吉,陈宗镛,苏纪兰.三维陆架海模式在渤海中的应用[J].海洋学报,1996,18(5):1)13.[16] 辛文杰.差分模型网格嵌套边界技术在工程潮流计算中的应用[J].水利水运科学研究,1999,12:355)360.[17] 辛文杰.河口、海湾平面潮流数值计算中的几个问题[J].水动力学研究与进展,1993,8(3):348)354.[18] FULT ON S R.An adaptive multigrid barotropic tropical cyclone track model[J].M onthly Weather Review ,2001,129(1):138)151.[19] 曹德明.胶州湾潮汐潮流的数值计算[J].海洋科学集刊(21)[C].北京:科学出版社,1984.157)164.[20] 孙英兰,张越美.胶州湾三维变动边界的潮流数值模拟[J].海洋与湖沼,2001,32(4):355)361.[21] 李燕初,蔡文理.ADI 潮汐模型的活动边界方法及其效应[J].海洋学报,1993,15(2):115)120.[22] 张存智,杨连武,窦振兴.具有潮滩移动边界的浅海环流有限元模型[J].海洋学报,1990,12(1):1)13.[23] 韩 康,吴 冠,张存智.普兰店湾潮流场数值模拟[J].海洋环境科学,2001,20(1):42)46.[24] 中华人民共和国交通部.港口工程技术规范(上册)[M ].北京:人民交通出版社,1987.195期 陈 倩等:浙江近海潮汐潮流的数值模拟20海洋学报25卷Nu merical simulation of tide and tidal currentsin the seas adjacent to ZhejiangCH EN Qian1,2,3,HUANG Da-ji2,ZHANG Ben-zhao1(1.Department of M echa nics,Zhe j iang Univ iersity,Hangz hou310012,China;2.Second I nstitute of Oceanography,State Oceanic A d ministration,Hangz hou310012,China;3.K ey L aboratory of Ocean Dynamic Proc esses and Satellite Oceanogra-p hy of S tate Oce a nic A d ministration,Hangz hou310012,China)Abstract:By means of three-dimensional baroclinic primitive equation model)))Hamburg shelf o cean model (HA M SOM),the tide and tidal cur rents in the seas adjacent to Zhejiang are simulated.Fur thermore,the original model is impro ved by two numerical technologies)))nested g rid and mov ing boundary method,which are intro-duced to increase the computat ional precision.T he impro ved mode is proved to be successful while it is applied to the seas adjacent to paring the computed values w ith t hose of50tidal observ ator ies,it is found that the computat ional precision w ith fine gr ids and moving boundar y is gener ally higher t han that with coarse gr ids or fix ed boundary.T he root-mean-square values of comparativ e results show that t he difference betw een the simulated and t he observed amplitudes of M2constituent is only4.6cm,the differ ence of phase-lags is7.14b;the difference of amplitudes and phase-lags of S2constituent are5.0cm and5.4b;the difference of amplitudes and phase-lags of K1 constituent ar e2.25cm and5.76b;the difference of amplitudes and phase-lags of O1constituent are1.56cm and 5.5b.T hese indicate that the computational r esults agree with the observed ones very well.I n addition,105current stat ions are chosen,and the difference between the calculated and the observed harmonic co nstant,U cos N,U sin N, V cos G,V sin G of M2and K1component curr ents at surface layer is compared,and the results also show a goo d a-gr eement.Based on these results,the co-amplitude and co-phase lag lines of the main co mponent tides,the type of t ide,tidal current ellipse,the type and the mov ing mode of tidal current ar e given.It is found that the four main constituents M2,S2,K1,O1have no tide-fr ee points in this ar ea;and the M2co mponent current has o ne current-amphidromic point at29b18c N,122b46c E.In addition,some meaning ful results are concluded,and ag ree w ith the observed ones w ell.T hereby,a thorough kno wledg e of the character istics of tides and t idal currents is got in the w ho le coastal zone of Z hejiang Prov ince.Key words:numerical simulation;nested gr id;mo ving boundary;tides and tidal cur rents;seas adjacent to Zhejiang。
宁波舟山内海域潮波数位模拟
宁波舟山内海域潮波数位模拟
石磊;王学昌;郭耀同
【期刊名称】《中国海洋大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】1994(000)0S1
【摘要】针对宁波舟山内海域水深流急,岛屿众多,岸形复杂的特点,本文利用不规
则三角形网格的分步杂交法对宁波舟山内海域的潮波运动进行了数值模拟。
整个海区有5个开边界,这是实际海区模拟中罕见的个例。
奉模型在良好的实测资料的支持下,取得了良好的结果。
【总页数】13页(P180-192)
【作者】石磊;王学昌;郭耀同
【作者单位】青岛海洋大学环保中心
【正文语种】中文
【中图分类】P731.23
【相关文献】
1.宁波-舟山海域污染物扩散的数值模拟 [J], 蔡惠文;孙英兰;张越美;张燕;余静
2.宁波,舟山内海域实测海流分析及潮流场的数值模拟 [J], 曹欣中;唐龙妹
3.舟山群岛海域潮波传播变形和不对称性探讨 [J], 张雨豪; 吴心彤; 童朝锋; 孟艳秋; 高翔宇
4.舟山本岛北部灌门水道及邻近海域潮波特性初步研究 [J], 任剑波;羊天柱
5.宁波—舟山海域环境容量研究 I.三维潮流数值模拟 [J], 张燕;张越美;孙英兰;张学庆
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舟山海域夏季上升流的年际变化及其与ENSO_的关系
doi: 10.11978/2023026舟山海域夏季上升流的年际变化及其与ENSO 的关系全梦媛, 王慧, 李文善, 王爱梅, 骆敬新国家海洋信息中心, 天津 300171摘要: 本文利用1968—2021年的海表温度和风场数据, 分析舟山海域夏季上升流强度的年际变化, 并结合同期的Niño 3.4指数分析ENSO (El Niño-Southern Oscillation)对上升流的影响。
温度和风上升流指数表明, 1982—2021年夏季舟山海域上升流均呈下降趋势, 下降速率分别为0.062℃·10a −1和0.35m 3·s −1·(100m·a) −1。
近年来, 沿岸风应力的减弱是影响温度上升流指数减弱的一个重要因素。
统计更长时间段内(1968—2021年)El Niño 和La Niña 年风上升流指数的强度发现, El Niño 年平均风上升流指数较小, 仅为−10.33m 3·s −1·(100m) −1。
La Niña 年平均风上升流指数较大为7.60m 3·s −1·(100m) −1, 高于El Niño 和气候态, 且多达4级(比例为75%)。
进一步分析ENSO 与舟山海域风上升流指数的关系发现, ENSO 主要通过影响风的变化进而影响上升流的强度。
El Niño 年, 舟山海域东南风减弱, 导致上升流强度较弱, 甚至发生下降流。
La Niña 年主要为偏南风且风速较大, 更有利于上升流的发展。
关键词: 舟山; 上升流; 年际变化; ENSO; 风场中图分类号: P731.21 文献标识码: A 文章编号: 1009-5470(2024)01-0048-08The interannual variation of summer upwelling in Zhoushan Islands and its relationship with ENSOQUAN Mengyuan, WANG Hui, LI Wenshan, WANG Aimei, LUO JingxinNational Marine Data Information Center, Tianjin 300171, ChinaAbstract: Based on the sea surface temperature and wind data from 1968 to 2021, this paper analyzes the interannual variation of upwelling intensity in Zhoushan in summer, and the impact of El Niño-Southern Oscillation (ENSO) on upwelling. The temperature and wind upwelling indices both show that the upwelling in Zhoushan sea decreased in summer during 1982—2021, with the decreasing rates of 0.062℃·10a −1and 0.35 m 3·s −1·(100m·a)−1, respectively. Recently, the weakened coastal wind stress causes the temperature upwelling index to decrease. According to the results, the wind upwelling index during La Niña events is larger than that during El Niño events and climatology. Further analysis of the relationship between ENSO and the wind upwelling index shows that ENSO affects the intensity of upwelling mainly by influencing the wind. In El Niño events, the southeast wind dominated Zhoushan sea weakens, leading to a decreasing upwelling intensity. While in La Niña events, the enhanced south wind benefits the development of upwelling.Key words: Zhoushan; upwelling; interannual variation; ENSO; wind收稿日期：2023-03-03; 修订日期：2023-03-30。
水东湾潮流特征分析及三维数值模拟
水东湾潮流特征分析及三维数值模拟冯少金【摘要】基于水东湾海域利用现状及水环境综合整治工作的迫切需要,对其海洋水文要素开展野外调查,以清晰理解其潮流特征,并据此进行潮流三维数值模拟.调查结果显示,水东湾观测期间的实测潮差在2.6～2.9 m之间,平均潮差约2.8m,湾口潮差最大,湾顶海域潮差最小,涨潮历时略长于落潮,属不正规半日潮;各观测站位的最大流速相差较大,最高值出现在湾口深槽,为134 cm/s,最低值出现在湾顶浅海海域,为31 cm/s,最大流速水平分布基本上呈现为从湾口向湾顶递减态势.模拟结果显示,水东湾内潮流基本沿潮汐通道呈往复流动,涨潮流向介于280°～300°之间,流速在0.28 ～1.36m/s范围内变化;落潮流向介于128° ～180°之间,流速在0.56 ～ 1.44 m/s范围内变化,流矢受地形限制显著.%In view of the status quo for comprehensive improvement of the Shuidong Bay water environment,the field investigation of hydrological elements is carried out to understand the characteristics of tidal current with three-dimensional numerical simulation.The result shows that the measured tidal range is between2.6 ～ 2.9m,the average tidal range is about 2.8m.The tidal range of bay mouth is the highest and it is the lowest around the top of the bay.The flooding time is slightly longer than the ebb tides and it is the irregular semidiurnal tide.The maximum flow velocity of each observation stations varies widely.While the highest value 134cm/s is in the deep trough,the lowest value 31 cm/s is in shallow sea area.Basically the distribution of the maximum flow velocity in horizontal direction is descending from the mouth to the top of bay.The simulation results show that the tidal currentof Shuidong Bay is reciprocating flow along the tidal channel.The flood current between 280° ～300°,current velocity changes within 0.28 ～1.36m/s.And the ebb flow between 128° ～180°,current velocity changes within 0.56 ～ 1.44m/s.Flow vector is affected significantly by topography.【期刊名称】《应用海洋学学报》【年(卷),期】2017(036)003【总页数】8页(P333-340)【关键词】海洋水文学;FVCOM;数值模拟;潮流;潮汐;水东湾【作者】冯少金【作者单位】广东海洋大学数学与计算机学院,广东湛江524088【正文语种】中文【中图分类】P731水东湾地处茂名南部，为半封闭的海湾，湾口口门狭窄，湾内水域宽阔，面积约为32 km2.湾内海底地形复杂，深槽分布显著，滩涂面积大.其中，湾口处深槽水深均大于10 m，湾中部水东岛两侧深槽水深约达6 m，湾顶部分多为浅滩，水深较浅.湾内受地形掩护，波浪较小，海洋动力环境以潮流作用为主[1].近十年来，受海水养殖业快速发展冲击，水东湾内挖塘、围网、筑坝养殖等乱象丛生，直接改变湾内潮流形态，水体交换能力急剧下降，水质环境恶化，淤积严重[2].随着我国海洋生态文明建设的向前推进，水东湾综合整治工作势在必行.因此，有必要就水东湾的潮流特征进行分析，并借助三维数值模拟技术研究其潮流过程，为后续的清淤行动和自然港湾风貌的恢复提供理论参考.本研究以野外观测数据为依据，分析水东湾的潮流特征，并基于三维潮流数值模拟技术，应用FVCOM海洋模式，研究水东湾的潮流过程.1 水东湾潮流特征分析1.1 潮流观测站位为获得水东湾的潮流观测数据，于2015年10月19～20日(大潮期)进行了海洋水文野外调查，主要内容有潮汐水位以及潮流流速、流向等水文要素，并沿垂向分为表层、中层和底层共3个观测层次(0.2H、0.4H、0.8H，H为水深)，观测时段共25 h(2015年10月19日10：00至20日10：00)，观测频率为1h.本次潮流野外调查共布设5个观测站位(V1-V5)，具体如图1所示.图1 水东湾潮流观测站位分布Fig.1 Distribution of tidal current observation stations in Shuidong Bay1.2 潮流观测结果及特征分析本次水东湾海洋水文调查各观测站位的潮位时间序列见图2，各观测站位的潮流流速、流向时间序列如图3～ 7所示，潮流特征统计如表1所示.图2 2015年10月水东湾各观测站位潮位时间序列Fig.2 Time series of each tidal observation stations in Shuidong Bay in October 2015图3 2015年10月水东湾V1站潮流流速、流向时间序列Fig.3 Time series of current velocity and direction of station V1 in Shuidong Bay in October 2015图4 2015年10月水东湾V2站潮流流速、流向时间序列Fig.4 Time series of current velocity and direction of station V2 in Shuidong Bay in October 2015图5 2015年10月水东湾V3站潮流流速、流向时间序列Fig.5 Time series ofcurrent velocity and direction of station V3 in Shuidong Bay in October 2015图6 2015年10月水东湾V4站潮流流速、流向时间序列Fig.6 Time series of current velocity and direction of station V4 in Shuidong Bay in October 2015图7 2015年10月水东湾V5站潮流流速、流向时间序列Fig.7 Time series of current velocity and direction of station V5 in Shuidong Bay in October 2015表1 水东湾潮流特征统计Tab.1 Statistics of tidal current characteristicin Shuidong Bay站位最大流速流速/cm·s-1流向发生时刻说明V164241°2015-10-20 08:00中层涨潮流速V231318°2015-10-20 08:00表层涨潮流速V3119286°2015-10-19 20:00表层涨潮流速V478345°2015-10-19 20:00表层涨潮流速V5134147°2015-10-20 03:00表层落潮流速从水东湾海洋水文调查结果可知，各观测站位实测的潮差在2.6～2.9 m之间，平均潮差约为2.8 m，观测期间最大潮差出现在湾口位置(V5站)，最小潮差出现在湾顶位置(V1站)；涨潮历时长于落潮历时；在一日内出现两次高潮和两次低潮，潮高和潮时日内不等，属不正规半日潮[3].从水东湾各观测站位的实测潮流结果可知，最大流速的最高值出现在水东湾湾口深槽(V5站)的表层落潮流速，流速为134 cm/s，流向为147°；最大流速的最低值出现在湾顶浅海海域(V2站)的表层涨潮流速，流速为31 cm/s，流向为318°.同时，各观测站位最大流速相差较大，其中水东湾湾口深槽(站位V5)流速最高，湾内深槽处(V3站)的流速次之，湾顶浅海海域(V2站)的流速最低，最大流速水平分布基本上呈现为从湾口向湾顶递减态势.从潮流和潮位的对应关系也可知，各站位潮流的转流发生在高潮和低潮时刻附近，最大流速出现在高潮和低潮的中间时刻，潮波主要呈驻波性质.总的来说，水东湾除湾口和湾内深槽水深较深、流速较大之外，其余部分海域水深较浅，潮流的分层不明显，各层流速相差不大，表层流速略大于中底层流速.从流向上看，潮流流向与水道地形基本一致，在湾口和湾内呈NW—SE走向，受地形约束显著.水东湾各站位中层潮流玫瑰图如图8所示，从图8可知，水东湾海域各观测站位最大流速的涨、落潮流路与水道地形有良好的匹配关系，流向基本与湾内深槽水道一致，流矢受地形约束明显，且基本与岸线或水道平行，各观测站位均呈现出较显著的往复流特征；而各观测站位最小流速方向相对来说较无规律，一方面由于最小流速能量较小，难以保持惯性运动，另一方面是由于复杂的海底地形和底摩擦引起的.湾口各观测站位的涨落潮流基本呈NW—SE向运动；而湾内因受深槽和大洲岛地形的影响，涨落潮流一分为二，一股潮流继续维持NW—SE向运动，另一股潮流则向W偏转为W—E向运动.图8 水东湾各观测站位中层潮流玫瑰图Fig.8 Middle tidal current rose chart at each observation stations in Shuidong Bay1.3 余流特征分析水东湾各观测站位欧拉余流统计如表2所示，从表中可以看出，水东湾内地形复杂，水道、浅滩复杂分布，但湾内余流场分布较为有序，流路规律也显著.最大余流速度为11 cm/s，最小余流速度为0 cm/s，均值约为3 cm/s，余流场水平分布基本呈现从湾口向湾顶递减的态势；除观测站位V4表层余流流向基本指向湾内，其余各观测站余流流向均指向湾外，表明水东湾物质运输朝湾外进行，有利于湾内物质的稀释.整体而言，各站位表、中、底层余流值变化基本一致.表2 水东湾欧拉余流统计Tab.2 Euler residual current statistics in Shuidong Bay站位表层中层底层流速/cm·s-1流向流速/cm·s-1流向流速/cm·s-1流向V13251°1284°1235°V21138°1150°092°V311283°7275°7253°V42321°2251°20°V52176°571°3168°2 水东湾潮流过程模拟2.1 FVCOM海洋模式基于水东湾滩涂宽阔、复杂的岸线及海底地形，其潮流三维数值模拟应用FVCOM 海洋模式建立模型.FVCOM是美国马萨诸塞大学海洋科技研究院和伍兹霍尔海洋研究所联合开发的海洋模式.该模式综合了有限差分和有限元模型的优点，应用方程的积分形式和先进的计算格式，对具有复杂地形岸界的计算能更好地保证质量守恒；采用无结构化非重叠的水平三角形网格，在拟合复杂边界与进行局部加密等方面表现尤为突出，并在垂直方向使用坐标变换，能更好地拟合复杂海底地形；带有三维的干湿网格处理模块，方便近岸滩涂等变边界问题的计算；主要控制方程包括动量方程、连续方程、盐度扩散方程、温度扩散方程、状态方程等[4-6]，具体如下.(1)(2)(3)(4)(5)(6)ρ=ρ(θ,S)(7)式(1～7)中：x、y和z分别为笛卡尔坐标系中东、北和垂直方向的坐标；u、v和w是x、y和z 3个方向上的速度分量；θ是位温；S为盐度；ρ为密度；P为压力；f为科氏参数；g为重力加速度；Km为垂向涡动黏性系数；Kh为热力垂向涡动摩擦系数.Fu、Fv、Fθ和Fs分别代表水平动量、温度和盐度扩散项[7].在数值求解上，FVCOM海洋模式将计算域划分为互不重叠的非结构三角形网格，采用有限体积法进行数值求解.求解的过程应用模态分裂技术，以二维外模式计算潮波的物理过程，如自由表面的水位和垂向平均的水平流速分量；以三维内模式计算潮流的垂直结构，如三维速度、紊动变量及物质输运浓度等[8-9].2.2 模型设置模型网格覆盖水东湾及其附近海域，空间范围为21°16′59.475″～21°32′12.877″N，110°53′29.561″～111°20′11.954″E，如图9所示.平面网格共有单元(三角形)39 154个，节点数20 207个，岸线在水东湾内部及湾口处加密，最小分辨率约为30 m，能较好地拟合水东湾内部复杂的岛屿岸线和地形特征.模型垂向采用σ坐标，共分6层，各层的比例分布为0.00、0.08、0.20、0.40、0.60和0.85.计算时间步长为0.5s，外海开边界由OTIS(OSU Tidal Data Inversion Software)提取6个分潮调和常数(S2、M2、N2、K1、O1、Q1)计算水位，地形水深取自航保部2013年出版的海图资料.入海河流主要有陈村河、那行村河、西湖河和寨头河等，其径流量按照2015年10月19日实测值给出，分别为0.25、0.45、1.20、1.50 m3/s.模拟时段为2015年10月1～30日[10].2.3 模型验证水东湾潮流模型采用2015年10月19日10：00时至2015年10月20日10：00时3个潮流观测站(V1、V3和V5)的实测海流数据(中层：0.4H，H为水深)进行率定和验证，潮流观测站位分布见图1.水东湾潮流实测值与计算值对比过程线见图10～12，由潮流验证结果可以看出，模拟潮流过程与实测值变化趋势基本一致，流速平均绝对误差均小于5.0 cm/s，流向与实测值吻合较好，模拟误差在可接受范围.整体来说，此次模拟效果令人满意，模拟结果基本上能反映水东湾的涨落潮流变化过程.2.4 潮流过程模拟结果及特征分析模拟区域涨、落潮过程结果显示，模拟区域外海流速较近岸海域低，近岸海域以水东湾口门处流速值最高，博贺湾口门处流速次之；落潮流速较涨潮流速高，表层流速较底层流速高[11-12].水东湾涨、落潮过程流场见图13～16，结果显示，水东湾为半封闭式海湾，总面积约32 km2，湾口口门狭窄，沿岸河流短小.受地形掩护，湾内波浪较小，湾内海洋动力环境以潮流动力作用为主，潮汐类型属不规则半日潮.水东湾内潮流基本沿潮汐通道呈往复流动，为不正规半日往复潮流，涨潮表层流向介于280°～300°之间，流速在0.28～1.36 m/s范围内变化；落潮表层流向介于128°～180°之间，流速在0.56～1.44 m/s范围内变化；表层落潮流速较涨潮流速高.涨潮底层流速在0.08～0.55 m/s范围内变化，落潮底层流速在0.13～0.77 m/s范围内变化；底层流向变化范围与表层流向变化范围基本一致；表层流速较底层流速高.图9 模拟范围及模型网格Fig.9 Simulation range and the model grid图10 2015年10月水东湾V1站垂向中层流速、流向实测值和模拟值的比较Fig.10 Comparison of vertical flow velocity， measured flow value and Simulation value at station V1 in Shuidong Bay in October 2015图11 2015年10月水东湾V3站垂向中层流速、流向实测值和模拟值的比较Fig.11 Comparison of vertical flow velocity， measured flow value and Simulation value at station V3 in Shuidong Bay in October 2015图12 2015年10月水东湾V5站垂向中层流速、流向实测值和模拟值的比较Fig.12 Comparison of vertical flow velocity， measured flow value and Simulation value at station V5 in Shuidong Bay in October 2015图13 水东湾表层涨潮过程流场Fig.13 Surface flood tide current in Shuidong Bay图14 水东湾表层落潮过程流场Fig.14 Surface ebb tide current in Shuidong Bay图15 水东湾底层涨潮过程流场Fig.15 Bottom flood tide current in Shuidong Bay图16 水东湾底层落潮过程流场Fig.16 Bottom ebb tide current in Shuidong Bay涨潮时，外海潮水沿汊道深槽经口门注入湾内，受湾口潮汐通道狭窄地形影响，流路相对集中，流向呈NW向.涨潮潮流进入湾内后，受湾内地形限制，潮流主体部分由西北向西偏转，然后向湾顶挺进；另一部分潮流沿潮汐通道绕经大洲岛后再向西偏转流向湾顶.而落潮时，潮流运动与涨潮相反.其中，受地形限制，湾口涨落潮流基本呈NW—SE向运动，湾内涨落潮流流向逐渐转为E—W向；湾内潮汐通道流速较大，浅滩区流速较小.由于水东湾浅水潮波不对称，以及涨落潮水位变率的差异，导致了涨、落潮流速的不对称分布，平均流速和垂线平均最大流速基本呈现落潮大于涨潮，尤其在主潮汐通道内更是落潮流占优势，有利于湾内物质向湾外输运[13].3 结论随着我国海洋生态文明建设的全面实施，人们对海洋环境保护意识的日渐增强，规范、合理使用海域受到地方政府部门的高度重视，近岸港湾水环境的综合整治工作也将全面展开.为清晰理解水东湾潮流特征，对其进行了海洋水文野外调查.观测期间，水东湾平均潮差约为2.8 m，湾口深槽最大流速为134 cm/s，湾顶浅海最大流速为31 cm/s，最大流速水平分布基本上呈现为从湾口向湾顶递减态势，涨潮历时略长于落潮，属不正规半日潮.基于FVCOM海洋模式的模拟结果显示，水东湾内潮流基本沿潮汐通道呈往复流动，涨潮表层流向介于280°～300°之间，流速在0.28 ～1.36 m/s范围内变化；落潮表层流向介于128°～180°之间，流速在0.56 ～1.44 m/s范围内变化；涨潮底层流速在0.08 ～0.55 m/s范围内变化，落潮底层流速在0.13～0.77 m/s范围内变化；底层流向变化范围与表层流向变化范围基本一致；落潮流速较涨潮流速高；表层流速较底层流速高；湾内潮汐通道流速较大，浅滩区流速较小；流矢受地形限制显著.水东湾潮流三维数值模拟结果可为其即将开展的海域综合整治工作提供理论参考，具有实际意义.参考文献：[1] 杨留柱，刘宏坤，任杰，等.水东湾近岸海域双向射流系统初步研究[J].中山大学学报:自然科学版，2011， 50(2):116-119．[2] 秦福寿，杨泽君，姚姗姗，等.茂名市水东湾综合整治工程对水沙动力影响模拟研究[J].中国港湾建设，2014(3):51-56．[3] 汪晋三，罗振浩.水东港码头环境影响评价[J].中山大学学报(自然科学)丛论，1986，8(3):171-209．[4] 郑沛楠，宋军，张芳苒，等.常用海洋数值模式简介[J].海洋预报，2008，25(4):108-120．[5] 姜晓晖，文先华.蓬莱海域的潮汐潮流特征分析[J].水道港口，2011，32(2):144-148．[6] 綦梦楠.厦门湾及邻近海域潮汐潮流数值模拟与预报研究[D]. 青岛:中国海洋大学，2014．[7] 靖春生，朱学明，鲍献文，等.基于FVCOM的厦门湾及其周边海域三维潮流数值模拟[J].台湾海峡，2011，30(1):103-113．[8] 熊伟，刘必劲，孙昭晨，等.宁波舟山近海三维潮汐潮流数值模拟[J].水道港口，2011，32(6):399-407．[9] 林作梁，朱学明，鲍献文，等.基于FVCOM的泉州湾海域三维潮汐与潮流数值模拟[J].海洋学报，2013，35(1):15-24．[10] 杜利霞.典型弯道水流中的水沙二相流三维数值模拟研究[D].乌鲁木齐:新疆农业大学，2013[11] 李冬，刘璟，韩桂军，等. POM海洋模式的并行算法[J].海洋通报，2010，29(3):329-333．[12] 宋倩，胡松.海洋模式FVCOM2.6并行计算性能TAU分析[J].计算机工程与科学，2011，33(12):87-93．[13] 杨天文.潮流自适应仿真模拟关键技术研究[D]. 南京:南京师范大学，2014．。
浪潮耦合的舟山渔港台风暴潮数值模拟
Abstract：It is of great significance to establish the coupled model of storm surge and wave which can accurately simulate storm surge of Zhoushan fishing port for prevention and mitigation of disasters. Based on FLOW and WAVE modules of Delft3D, the coupled model was established under the double nested grids. The reliability of the coupled model was verified in the background of Typhoon 9711. The results showed that the calculated values of the wind speed, significant wave height, astronomical tide and storm tide levels were in good agreement with the in-situ observations. The storm surge of Zhoushan sea waters by the storm surge model and coupled model are calculated separately, and the phenomenon that waves uplifted storm tide levels are analyzed. The maximum wave setup of Dinghai and Zhenhai stations were 23 cm and 34 cm respectively, and the simulation precision of the coupled model was higher than that of the storm surge model. By simulating the storm surge process in Zhoushan fishing port during Typhoon 9711, the spatial and temporal distribution characteristics of storm surge were analyzed, and the influence of coupling effect on the spatial and temporal distribution of storm tide was given. Keywords：coupled model of storm surge and wave; Delft3D; Typhoon 9711; storm surge; fishing port
舟山海域潮汐特征及调和分析精度研究
舟山海域潮汐特征及调和分析精度研究
石景元;张功瑾
【期刊名称】《海洋技术学报》
【年(卷),期】2022(41)3
【摘要】浙江舟山海域岛屿多、地形复杂,潮波受影响因素多。
本文基于舟山海域多年实测潮汐资料,采用最小二乘法进行潮汐调和分析发现,舟山海域M2分潮在潮位中占主导地位,近岸振幅大、离岸振幅小,自舟山海域西南侧东门岛至东北方向中块岛,振幅逐渐减小;舟山海域调和分析精度离岸距离越远精度越高,自西南海域至东北海域调和分析精度逐渐增大;各月度余水位分布规律不明显,各月度呈交错状态,但整体来说,舟山海域的余水位相对较小。
【总页数】7页(P83-89)
【作者】石景元;张功瑾
【作者单位】东海航海保障中心;南京水利科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】P714.1
【相关文献】
1.中国海域潮汐非调和常数的计算与分析
2.中国海域潮汐非调和常数的计算与分析
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5.大连老虎滩海域潮汐调和分析
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北部湾潮汐潮流的三维数值模拟
北部湾潮汐潮流的三维数值模拟
孙洪亮;黄卫民
【期刊名称】《海洋学报（中文版）》
【年(卷),期】2001(023)002
【摘要】基于二阶湍流闭合模型计算涡动粘性系数的POM三维水动力模式，采用细网格，考虑6个岛屿、海底摩擦系数进行划片取值，模拟北部湾潮汐潮流.所得潮汐调和常数与81个实测站比较，绝对平均误差：K1分潮振幅为4.6 cm，迟角为9°；O1分湖振幅为5.6 cm，迟角为7°；M2分湖振幅为6.2 cm，迟角为15°.由模拟结果分析出该海区潮汐、潮流、余水位和潮余流，以及水平速度垂直分布等特征.
【总页数】8页(P1-8)
【作者】孙洪亮;黄卫民
【作者单位】国家海洋局第一海洋研究所,;国家海洋局第一海洋研究所,
【正文语种】中文
【中图分类】P722.7;P731.23
【相关文献】
1.北部湾潮汐潮流的数值模拟 [J], 徐振华;雷方辉;娄安刚;曹圣山
2.基于FVCOM的泉州湾海域三维潮汐与潮流数值模拟 [J], 林作梁;朱学明;鲍献文;刘钦政
3.一种二维和三维嵌套海洋流体动力学数值模式及其在北部湾潮汐和潮流… [J], 朱耀华;方国洪
4.基于 FVCOM的台湾海峡三维潮汐与潮流数值模拟研究 [J], 王道生;刘晓东;庄海东
5.基于FVCOM的台湾海峡三维潮汐与潮流数值模拟研究 [J], 王道生;刘晓东;庄海东;
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基于FVCOM的象山港海域潮汐潮流与温盐结构特征数值模拟
基于FVCOM的象山港海域潮汐潮流与温盐结构特征数值模拟韩松林;梁书秀;孙昭晨【摘要】基于有限体积法的FVCOM模型，建立了象山港海域的三维潮汐潮流和温盐数值模型，计算中考虑了潮流、风、太阳辐射和径流因素的影响。
模拟结果与2009年的监测资料进行了对比验证，结果表明建立的模型可以模拟该海域的水流运动和温盐分布特征。
通过对数值结果分析得到了该海域的同潮图、潮流椭圆图、潮流性质和温盐分布等。
结果表明，象山港的潮汐属于非正规半日浅海潮；M2分潮流椭圆长轴从口门到湾顶逐渐减小，其走向与岸线的方向基本一致；狭湾内呈现往复流特征而口门外开阔海域呈旋转流特征。
湾口和湾顶部有着显著的温度差和盐度差，海水温度由湾口向湾顶部逐渐增大，盐度分布则正好相反。
狭湾内距离湾口不同位置的横向温度、盐度垂向分布结构特征各不相同。
%Based on the unstructured grid, finite⁃volume coastal ocean model (FVCOM), the hydrodynamic and temperature⁃salinity numerical model were established in Xiangshan Bay. The tidal current, wind, the solar radia⁃tion and river discharge were considered in the model. The comparison of the simulated results with the measured data about tide, tidal current, temperature and salinity showed that the model could simulate the hydrodynamic and the distribution of temperature⁃salinity structures. The co⁃tidal chart, the component tidal current ellipses were ob⁃tained from the result. The results show that the tide of Xiangshan Bay is mainly irregular semidiurnal shallow tide. The major axis of M2 tidal current component ellipse decreases from the mouth of the bay to the top and the direc⁃tion isparallel to the coastal line. The tidal current is rectilinear current in thefjord and rotary current at the outside of the bay mouth area. There are obvious temperature difference and salinity difference between the mouth and head of the bay. The temperature increases from the bay mouth tobay head and the salinity is just opposite. The vertical profile characteristic of temperature and salinity at different location in the fjord is different.【期刊名称】《水道港口》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】8页(P481-488)【关键词】FVCOM;潮流;温盐;数值模拟;象山港【作者】韩松林;梁书秀;孙昭晨【作者单位】大连理工大学海岸及近海工程国家重点实验室，大连 116024;大连理工大学海岸及近海工程国家重点实验室，大连 116024;大连理工大学海岸及近海工程国家重点实验室，大连 116024【正文语种】中文【中图分类】TV143;O242.1象山港处于浙江北部沿海，北面紧靠杭州湾，南临三门湾，东侧为舟山群岛，纵深60 km，口门宽约20 km，港内宽3～8 km，是一个典型的狭长形半封闭海湾［1］。
浙江近海海域潮波数值模拟的开题报告
浙江近海海域潮波数值模拟的开题报告一、课题背景海洋是一个广阔的空间，而浙江近海海域是国内较为繁忙的港口之一，船只和人员的活动密集，海域内的潮汐现象及海浪波动也极容易受到人类活动的干扰及其变化。
因此，通过对浙江近海海域的潮波进行数值模拟，有助于提高对该地区潮汐海浪的认识，加深对自然现象的理解，同时也能更好地规划海洋工程、航行等方面的活动，保障安全。
二、研究目的本研究旨在通过数值模拟技术，研究浙江近海海域的潮波现象，预测该地区潮汐海浪的变化规律，以便为实际工程和航行提供更准确的参考依据。
三、研究内容（1）研究浙江近海海域的潮波数值模拟技术及方法，了解潮汐海浪的形成机制和影响因素。
（2）对浙江近海海域的地理地貌、海底地形进行研究分析，收集相关水文气象数据。
（3）运用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)数值模拟软件，建立浙江近海海域的潮波数值模型，进行数值模拟和仿真。
（4）分析浙江近海海域潮波的变化规律、影响因素，并对数值模拟结果进行验证和修正。
四、预期成果（1）研究浙江近海海域的潮波现象，深入了解潮汐海浪的形成机制和变化规律。
（2）开发出浙江近海海域的潮波数值模拟系统，预测出潮汐海浪的变化情况，为实际工程和航行提供可靠的参考依据。
（3）通过模拟结果的分析，提出改善该地区潮波海浪的建议和方案，为海上交通和安全提供保障。
五、研究难点（1）模型建立：模型的建立不仅需要考虑到研究区域的地理和气象条件，还需要整合多种专业知识，对模型参数精准处理。
（2）数据采集：数据的准确性和全面性会对模型的准确性产生影响。
如何获取数据、如何筛选数据成为难点。
（3）数值模拟：通过仿真出潮波变化规律也面临诸多困难，如对水流动力学的分析、数值方法选取等。
舟山海域垂直方向上水动力特征数值模拟分析
舟山海域垂直方向上水动力特征数值模拟分析秦华伟;胡杭民;周红伟;蔡真【期刊名称】《杭州电子科技大学学报》【年(卷),期】2013(000)006【摘要】通过对舟山海域三维结构网格的建立，划定5个进出口边界，形成一个封闭的计算域。
运用计算流体力学方法，基于ADCP流速走航试验实测资料，建立海水模型，Fluent求解器对该海域垂直方向上进行水动力特征数值模拟。
实验结果显示，水动力特征数值模拟计算结果与实测资料拟合良好；垂直方向上的流速随海水深度增加而逐渐减小；同一水位点涨潮时的流速始终大于落潮时的流速；海底粗糙度对海域流速影响不大。
基于该数值模拟模型，结合日后在该海域摘箬山岛南侧安置海洋环境自动观测站，对验证模型的可靠性以及计算得到整个海域的数据资料具有重要意义。
【总页数】5页(P150-154)【作者】秦华伟;胡杭民;周红伟;蔡真【作者单位】杭州电子科技大学机械工程学院，浙江杭州310018;杭州电子科技大学机械工程学院，浙江杭州310018;国家海洋局第二海洋研究所，浙江杭州310012;杭州电子科技大学机械工程学院，浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TV131.4【相关文献】1.舟山海域风暴潮特征及数值模拟研究 [J], 杨昀;王惠群;管卫兵;曹振轶;陈琪2.复杂岛屿海域的台风浪局地特征模拟与分析——以舟山海域为例 [J], 毛科峰;陈希;萧中乐;王骥鹏;梁毅3.兴化湾及周边海域潮流动力特征与数值模拟研究 [J], 郭玉臣;王庆业;陈建军;高炜;宋微;任堃4.宁波,舟山内海域实测海流分析及潮流场的数值模拟 [J], 曹欣中;唐龙妹5.舟山群岛近岸海域春秋季主要鱼类功能群特征及其生态位分析 [J], 刘坤;俞存根;郑基;许永久;江新琴;于南京;张佩怡;蒋巧丽;牛威震因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
舟山群岛海域主要水道潮流能资源评估方法与分析
舟山群岛海域主要水道潮流能资源评估方法与分析
方舣洲;武贺
【期刊名称】《地理信息世界》
【年(卷),期】2022(29)5
【摘要】基于区域海洋模型ROMS(Regional Ocean Modeling System)建立舟山群岛海域高分辨率潮汐、潮流模型,并采用实测潮汐、潮流观测资料对模型进行率定和验证,良好刻画了舟山海域潮波运动特征和规律。
利用模拟结果对该海域潮流能大(小)潮涨急、落急功率密度分布以及有效利用时间、流向稳定性进行分析,并计算6条潮流能资源富集水道的蕴藏量和装机容量。
结果表明:舟山群岛海域潮流能资源主要分布于螺头、西堠门、龟山航门等6处水道,大潮功率密度峰值超过25000 kW/m^(2),流向稳定系数大于0.95。
大部分海域年发电小时数介于5000~7000 h,龟山航门、西堠门等水道年发电小时数超过5000 h。
6处水道潮流能资源一类区面积7.77 km^(2),二类区面积41.99 km^(2),潮流能蕴藏量341.2~391.9 MW,理论装机容量达1305.1 MW。
【总页数】7页(P118-124)
【作者】方舣洲;武贺
【作者单位】国家海洋技术中心
【正文语种】中文
【中图分类】P2;TU984.113
【相关文献】
1.灌门水道潮流能资源评估及开发条件初步分析
2.灌门水道潮流能资源评估及开发条件初步分析
3.舟山群岛海域波浪能资源评估
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5.厦门湾海域及金门水道潮流能特征分析
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舟山渔港风暴潮模拟分析
∂ ∂σ
∂u VV ∂σ
+ Mξ.
（1）
（2）η方向动量方程
∂v + √u ∂v + √v ∂v + w ∂v
∂t
Gξξ ∂ξ √ Gηη ∂η H ∂σ
√
+
√ uv√ Gξξ Gηη
∂
Gηη ∂ξ
−
√ u2√ ∂ GÅξξ Gηãη
Gξξ ∂η
+
fu
=
−
ρ0
√1 Gηη
Pη
+
Fη
+
1 H2
∂ ∂σ
第 42 卷 第 1 期 2020 年 1 月
海洋学报 Haiyang Xuebao
Vol. 42 No. 1 January 2020
孙志林，钟汕虹，王辰，等. 舟山渔港风暴潮模拟分析[J]. 海洋学报，2020，42(1)：136–143，doi:10.3969/j.issn.0253−4193.2020.01.014 Sun Zhilin， Zhong Shanhong， Wang Chen, et al. Simulation and analysis of storm surge at Zhoushan fishing port[J]. Haiyang Xuebao， 2020, 42(1)：136–143，doi:10.3969/j.issn.0253−4193.2020.01.014
1 期 孙志林等：舟山渔港风暴潮模拟分析
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（1）ξ 方向动量方程
∂u + √u ∂u + √v ∂u + w ∂u
∂t
Gξξ ∂ξ √ Gηη ∂η H ∂σ
舟山本岛南部附近海域潮汐潮流特征分析
６４ 海洋开发与管理２０１９年 第３期舟山本岛南部附近海域潮汐潮流特征分析李卫丁，王燕妮（自然资源部东海分局舟山海洋工作站 舟山 ３１６０２１）收稿日期：２０１８－０８－３０；修订日期：２０１９－０２－２７作者简介：李卫丁，工程师，研究方向为海洋环境观测调查研究摘要：文章基于沈家门长期潮位站、长峙岛临时潮位站的观测资料和对舟山本岛南部海域多个站位实测的潮流基础数据，采用调和分析法对潮汐潮流进行特征分析。
舟山本岛南部附近海域潮汐类型属于规则半日潮，潮差变化和日不等现象明显，有一定的潮汐浅海作用。
潮流类型属于以往复流为主的规则半日浅海潮流，实测潮流中涨落潮流速不等、历时不等现象显著，最大流速、平均流速均是大潮大于小潮，涨潮流历时长于落潮流历时，潮流变化主要受协振波所控制，流向在涨落潮方向波动。
关键词：舟山；潮汐；潮流；调和；特征中图分类号：Ｐ７１７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００５－９８５７（２０１９）０３－００６４－０５Ｔｈｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｔｉｄａｌ Ｃｕｒｒｅｎｔｓ ｎｅａｒ ｔｈｅＳｏｕｔｈｅｒｎ Ｃｏａｓｔ ｏｆ Ｚｈｏｕｓｈａｎ ＩｓｌａｎｄＬＩ Ｗｅｉｄｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｙａｎｎｉ（Ｚｈｏｕｓｈａｎ ｍａｒｉｎｅ ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ，Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｓｅａ Ｂｒａｎｃｈ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｎａｔｕｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｚｈｏｕｓｈａｎ ３１６０２１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｉｄａｌ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｈａｒｍｏｎｉｃ ａｎａｌｙ－ｓｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ ｔｉｄａｌ ｌｅｖｅｌ ｓｔａｔｉｏｎ ａｔ Ｓｈｅｎｊｉａｍｅｎ，ｔｅｍｐｏｒａｒｙｔｉｄａｌ ｌｅｖｅｌ ｓｔａｔｉｏｎ ａｔ Ｃｈａｎｇｚｈｉ Ｉｓｌａｎｄ ａｎｄ ｂａｓｉｃ ｄａｔａ ｏｆ ｓｅｖｅｒａｌ ｓｔａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈｅｒｎ ｃｏａｓｔ ｏｆＺｈｏｕｓｈａｎ Ｉｓｌａｎｄ．Ｔｈｅ ｔｉｄａｌ ｔｙｐｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅａ ｎｅａｒ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈｅｒｎ ｃｏａｓｔ ｏｆ Ｚｈｏｕｓｈａｎ Ｉｓｌａｎｄ ｉｓ ｒｅｇｕｌａｒｓｅｍｉｄｉｕｒｎａｌ ｔｉｄｅ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｏｂｖｉｏｕｓ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｉｄａｌ ｒａｎｇｅ ａｎｄ ｄｉｕｒｎａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ，ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅｉｓ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｔｉｄａｌ ｓｈａｌｌｏｗ ｓｅａ ｅｆｆｅｃｔ．Ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｙｐｅ ｉｓ ｔｈｅ ｒｅｇｕｌａｒ ｈａｌｆ－ｄａｙ ｓｈａｌｌｏｗ ｓｅａ ｔｒｅｎｄ ｗｉｔｈｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ ｆｌｏｗ．Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｔｉｄａｌ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ｈａｖｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｉｄａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ ａｎｄｄｉａｃｈｒｏｎｉｃ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ．Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ａｖｅｒａｇｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｓｐｒｉｎｇ ｔｉｄｅ ｂｏｔｈｓｕｒｐａｓｓ ｔｈｅ ｎｅａｐ ｔｉｄｅ．Ｔｈｅ ｄｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｏｏｄ ｉｓ ｌｏｎｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｅｂｂ ｔｉｄｅ．Ｔｈｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｔｉｄａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｖａｒｙｉｎｇ ｉｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｄｕｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｔｉｄａｌ ｃｕｒ－ｒｅｎｔ．Ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｉｄａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｏ－ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｗａｖｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉ－ｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｆｌｕｃｔｕａｔｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｂｂ ａｎｄ ｆｌｏｗ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｚｈｏｕｓｈａｎ，Ｔｉｄｅｓ，Ｔｉｄａｌ ｃｕｒｒｅｎｔｓ，Ｈａｒｍｏｎｉｚａｔｉｏｎ，Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ第３期李卫丁，等：舟山本岛南部附近海域潮汐潮流特征分析６５舟山群岛位于浙江省东北部，地处中国东部黄金海岸线与长江黄金水道的交汇处，是东部沿海和长江流域走向世界的主要海上门户。
浙江近海潮汐潮流的数值模拟
浙江近海潮汐潮流的数值模拟陈倩;黄大吉;章本照【期刊名称】《海洋学报（中文版）》【年(卷),期】2003(025)005【摘要】用三维陆架海模式(HAMSOM)对浙江近海的潮汐、潮流进行了数值模拟,并采用网格嵌套和动边界技术对原模式作了改进,以提高计算的精度,改进后的模式在浙江近海的应用中被证明是成功的.沿岸50个潮位站计算与实测值的比较表明,加入动边界以后的小区域细网格计算较之粗网格以及未加动边界以前精度普遍提高,比较的均方差结果为:M2分潮振幅差4.6 cm,相角差7.14°;S2分潮振幅差5.0 cm,相角差5.4°;K1分潮振幅差2.25 cm,相角差5.76°;O1分湖振幅差1.56 cm,相角差5.5°,可见计算与实测符合良好.另外,选取了105个实测潮流点,比较了表层M2和K1分潮流调和常数分量UCosξ,Usinξ,Vcosη,Vsinη的实测值与计算值的偏差,结果表明计算与实测的符合程度较好.在此基础上,给出了各主要分潮的潮位同潮图、潮流同潮图、潮汐性质、潮流性质、潮流椭圆和潮流的运动形式等,发现4个主要分潮M2,S2,K1,O1在本区内均未出现无潮点;M2分潮流在29°18＇N,122°46＇E 处有一个圆流点.此外还得到了一些有意义的结论,都与实测情况符合良好,从而对整个浙江沿海区域的潮汐潮流特性有了一个全面认识.【总页数】12页(P9-20)【作者】陈倩;黄大吉;章本照【作者单位】浙江大学,力学系,浙江,杭州,310027;国家海洋局,第二海洋研究所,浙江,杭州,310012;国家海洋局海洋动力过程与卫星海洋学重点实验室,浙江,杭州,310012;国家海洋局,第二海洋研究所,浙江,杭州,310012;浙江大学,力学系,浙江,杭州,310027【正文语种】中文【中图分类】P731.23【相关文献】1.温州鳌江近海建设工程环境影响潮汐潮流数值模拟 [J], 吕和娜;汪一航;张钊;单慧洁;岳云飞2.温州鳌江近海建设工程环境影响潮汐潮流数值模拟 [J], 单慧洁;张钊;汪一航;吕和娜;申伟杰3.泰国湾及邻近海域潮汐潮流的数值模拟 [J], 吴頔;方国洪;崔欣梅;滕飞4.基于FVCOM的獐子岛附近海域三维潮汐潮流数值模拟 [J], 齐继峰;曹圣山;郭可采;杨德周;徐振华;尹宝树5.基于 FV CO M的温州近海潮汐潮流数值模拟 [J], 岳云飞;王永刚;何善方;汪一航;魏泽勋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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宁波舟山近海三维潮汐潮流数值模拟熊伟;刘必劲;孙昭晨;梁书秀;张亦飞【摘要】利用FVCOM模型对宁波舟山近海的潮汐潮流进行了三维数值模拟,并对其水动力特性作了相应分析.FVCOM模型采用非结构化三角形网格,很好地解决了精确拟合宁波舟山群岛的复杂岸线的问题.基于计算区域内的海床性质,采用Koutitas公式对FVCOM模型的中海底摩阻系数的计算进行了改进.通过计算域内多个潮位站和海流站的实测资料验证表明,改进的摩阻系数计算公式是合理的,流场的计算结果与实测符合良好,可以用于三维污染物扩散和泥沙输移计算.%By means of FVCOM model,the tide and tidal currents in the seas adjacent to Ningbo and Zhoushan were simulated.Furthermore,the dynamic characteristics of tide were analyzed.The grid system of FVCOM model was unstructured triangle mesh,which solved the accurate fitting of complex of Ningbo and Zhoushan shoreline.Based on the property of seabed in the calculation zone, Koutitas formula was used to instead of the original calculation method of drag coefficient in paring the computed values with those tidal observatories, the improved formula proved to be reasonable and the two values are in good agreement.The computed model can be used for 3D pollutant concentration and sediment transport calculation.【期刊名称】《水道港口》【年(卷),期】2011(032)006【总页数】9页(P399-407)【关键词】摩阻系数;潮汐;潮流;数值模拟;FVCOM模型【作者】熊伟;刘必劲;孙昭晨;梁书秀;张亦飞【作者单位】大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,大连116023;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,大连116023;国家海洋局杭州海洋工程勘测设计研究中心,杭州310012;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,大连116023;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,大连116023;国家海洋局杭州海洋工程勘测设计研究中心,杭州310012【正文语种】中文【中图分类】P731.23;O242.1Biography：XIONG Wei（1988-），male，master student.宁波舟山及其近海水域岛屿密布，漕滩相间，深水航道众多，地形极其复杂。
由北往南的海湾主要有杭州湾、象山港和三门湾，这些都是强潮海湾且湾内有大面积的浅滩。
宁波舟山群岛内的主要深水航道有金塘水道、册子水道、螺头水道、佛渡水道等。
国内学者对于杭州湾及浙江近海的潮流特性和数值模拟做了一定的研究。
曹德明等［1-2］用有限差分法对杭州湾的潮汐、潮流进行了二维数值模拟；李身铎［3］采用垂向σ坐标下的三维数值模式模拟了杭州湾三维潮波运动；陈倩等［4］采用改进后的HAMSOM模式对浙江近海潮汐潮流进行了三维数值模拟；寿玮玮［5］采用ECOM模型对舟山群岛附近海域水动力场进行了三维数值模拟。
但是大多数采用矩形网格和调和常数来模拟该区域内的流场，由于矩形网格不能很好地拟合这一区域的复杂岸线，加之采用调和常数进行潮流数值模拟，潮位和潮流的计算结果缺乏一定的精度，而且重要的是没有详细的讨论这一区域的海底摩阻系数的计算及其对水动力场的影响。
采用基于有限体积法的三维FVCOM模型，利用宁波市海洋环境检测中心2009年对该区域进行的枯水期和丰水期水文调查实测资料，建立了宁波舟山及其近海的三维水动力模型，发现海底摩阻系数对这一区域的水动力场影响较大，并采用Koutitas公式计算这一区域的海底摩阻系数，经验证计算值与实测值符合良好。
FVCOM模型的全称是非结构网格的有限体积法海洋模式。
该模型采用非结构化的三角形网格，能够精确的拟合复杂曲率的岸界；采用有限体积法，能够在整个计算区域内更好的保证了各物理量的守恒。
该模型采用垂向静压假定，垂直方向采用σ坐标变换，使垂向沿水深的分层更趋合理。
σ坐标下的连续性方程、动量方程和温盐方程如式（1）～式（5）式（1）～式（3）分别是连续性方程、x方向的动量方程和y方向的动量方程，式（4）、式（5）分别是温度和盐度方程。
其中u，v，ω分别是σ坐标系下的水平速度和垂向速度。
σ取值从海底处-1到海表面处0。
此模型采用新的MY-2.5湍流闭合模型求解垂向湍流黏滞系数和扩散系数。
具体的湍动能扩散方程和详细描述见文献［6］，具体的数值离散格式详见文献［7］，这里不再一一赘述。
1.2.1 自由表面条件运动学边界条件动力学边界条件式中：τsx，τsy分别为风应力矢量在x和y方向上的分量。
温盐边界条件式中：Qn（x，y，t）为表面静热通量；SW（x，y，0，t）为在海表面处短波辐射通量；cp为海水比热系数。
1.2.2 海底条件运动学边界条件动力学边界条件式中：τbx，τby分别为底摩擦应力在x和y方向上的分量。
温盐边界条件1.2.3 侧边界条件侧边界可分为岸边界与开边界两种。
（1）岸边界：海岸线或沿岸建筑物即为不透水的岸边界，水质点沿岸线切向自由滑移，其边界条件为式中：n为岸边界的法向量。
（2）开边界：FVCOM模型中有2种开边界条件，即采用调和常数或实时水位，本模型中采用实测潮位资料作为开边界。
由于杭州湾涨落潮流受到宁波舟山群岛的影响，并考虑已有实测潮位资料的站点位置，确定计算范围的开边界为北起芦潮港，往东至嵊山，然后转向西南，延伸至渔山列岛，最后与三门湾健跳相连；另外，将余姚和澉浦相连作为杭州湾内另一开边界。
模型经纬度范围为120.902°E～122.800°E，28.885°N～30.855°N，计算范围如图1所示。
网格数量为165 450，节点总数为86 659。
网格步长最大3 500 m，最小为150 m，计算网格如图2所示。
本模型计算中垂向均匀分5层，时间步长取为1.0 s。
考虑了研究区域内2009年枯水期（2月25日～3月11日）和丰水期（6月21日～7月5日）各15 d的潮位变化，开边界上的潮位根据主要潮位测站的实测潮位资料进行线性插值得到，所有测站的潮位高程基准面和水深基准面统一采用国家85高程。
由于缺乏温度盐度的实测资料，本文中温度盐度不予计算。
2.2.1 海底摩阻系数的设置与讨论在研究中发现这一区域的水动力场对海底摩阻系数甚为敏感，特在此做详细讨论。
FVCOM模型中采用的海底摩阻系数计算表达式为式中：k为卡门常数，一般取为0.4；zab为最底部水层的厚度；zo为海床糙率高度，其值的大小主要与床面泥沙的粒径、级配和床面几何形状有关。
因此，Cd应该是与水深和底质类型有关的一个参数。
由式（14）计算出的Cd≥0.002 5，而对于淤泥质海床，其zo一般很小，摩阻系数远小于0.002 5，在这种情况下，式（14）中取max值计算Cd并不合适。
在模拟过程中，针对杭州湾内1#测流站局部区域做了0.002 5和0.000 8两种摩阻系数下水动力的计算，将计算结果与实测流速大小进行了比较分析（图3）。
由图3可以看出，摩阻系数取为0.002 5时计算流速与实测值比较明显偏小，摩阻系数取为0.000 8更为合适。
同理，对象山县外海至象山港内做了0.002 5和0.001 0两种摩阻系数下水动力计算，将象山港内乌沙山站的计算潮位值与实测值比较（图4）。
由图4可以看出，摩阻系数的选取对象山港这一区域的潮位过程曲线的影响也较大，当Cd=0.002 5时象山港内乌沙山站的计算潮位较实测值滞后现象较为明显，而Cd=0.001 0时，滞后现象并不存在。
因此，对于淤泥质海岸，其海底摩阻系数一般很小且对水动力场的准确模拟有着很大影响，选取计算公式时应慎重。
对多种摩阻计算公式的模拟结果进行比较，选取对数形式的摩阻系数计算式（Koutitas，1988）式中：k为卡门常数，取为0.4。
D为当地水深值；zo为海床糙率高度，其值的大小主要与床面泥沙的粒径和级配有关。
在模拟过程中，根据流场计算值与实测值的比较，通过修改参数zo来改变摩阻系数的大小。
本文的数学模型中，根据计算区域内表层底质采样的粒度分析数据显示，其中值粒径绝大多数都在0.01 mm左右，属于粘土质粉砂类，海床基本为淤泥质一类。
经研究后，文中zo取为0.002 mm，计算的Cd值随水深地形在0.000 6～0.001 4范围内变化。
另外，海底的摩阻系数除反映海床粗糙度外，还包括了其他阻力因素对水流的综合影响，所以已不是原有意义的海床糙率，应当将其看成是一个综合阻力的影响因子。
在水动力数值模拟计算中，由于计算范围的限制，对海岸工程建筑物会有不同程度的近似，此时可以根据需要在局部区域加大或减小摩阻系数来考虑流场阻力情况。
首先对研究区域的枯水期和丰水期各进行了15 d的水动力场计算。
计算的初始条件为：当t=0时，u=v=w=ζ=0，其中 u，v分别为水平流速的x方向的分量和y 方向的分量；w为垂向流速；ζ为未扰动海面上的潮位。
整个计算域由静止开始计算，大约6 h后全场流态达到稳定。
计算时按小时输出验证潮位站的潮位变化过程，用于对大小潮进行潮位验证。
限于篇幅，文中只给出部分潮位测站丰水期大小潮的潮位验证过程曲线（图5）。
由图5可知，丰水期时，宁波舟山及其近海海域的潮汐日不等现象在大潮期间表现的更为显著；枯水期（文中未给图）间，潮汐日不等现象在小潮期间表现的更为显著。
其中高高潮与低高潮差值又以杭州湾和三门湾为最大，如洋山和乌沙山大潮期间这种差值达到近70～90 cm，桃花岛与北仑一带这种差值也在50 cm左右。
从计算域内的潮差上来看，以杭州湾湾内的潮差最大，丰水期能达到8.0 m左右；其次是三门湾湾内，丰水期潮差达到6.0 m；以镇海北仑的潮差为最小。
另外，南韭山站的潮位较虾峙门站的潮位提前20 min左右，这说明宁波舟山近海的潮汐由东南向西北方向传播。