渤海三维斜压潮汐潮流的模型研究

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本文基于普林斯顿海洋动力模式（POM），用数值模拟的方法研究了三维斜压状态下渤海潮汐和潮流的相关特征，在天文分潮模拟结果验证的基础上进一步探讨了渤海的浅水分潮和潮能耗散等内容，这对于深刻认识渤海潮汐潮流的主要特征具有重要的理论意义和应用价值。本文模型采用Arakawa C正交网格，以经纬线划分网格，研究区域渤海网格精度设置为1/30°，经向和纬向网格数分别为116和139，垂直方向采用sigma坐标，设置10层。本文首先模拟了一个月的潮汐潮流，通过调和分析得到4个主要天文分潮的振幅和迟角，对比11个站点四个主要分潮的观测值可以发现，计算误差值有正有负，说明模拟结果不存在系统误差。进一步计算4个主要分潮振幅和迟角的均方根误差得到：M2分潮振幅和迟角均方根误差分别为11.82cm，10.43°；S2分潮振幅和迟角均方根误差分别为5.23cm，12.74°；K1分潮振幅和迟角均方根误差分别为6.40cm，9.63°；O1分潮振幅和迟角均方根误差分别为4.27cm，9.64°。结合4个分潮的同潮图可以发现，模拟的结果与观测吻合。至于误差存在的原因主要有两种可能：（1）本研究使用了较新的水深数据，与较早的观测结果进行比较可能存在匹配上的问题；（2）观测站点基本都在岸边，而本文采用的正交网格在岸线附近会存在盲点，插值的结果也可能造成误差。另外，模拟所得M2分潮在秦皇岛外海处及黄河口附近的无潮点相对远离岸边，可能是导致 M2分潮均方根误差相对其它分潮略大的原因之一。本文模型结果还显示：渤海大部分海域为不正规半日潮型，渤海海峡及龙口东北部海域为正规半日潮型，半日分潮无潮点附近部分海域表现出全日潮类型。渤海最大可能潮差整体分布趋势为近岸海域潮差相对较大，约为3m；而渤海中部海域潮差相对较小，约为2m。这与M2分潮的振幅分布趋势一致，因为M2分潮在渤海占主导地位，振幅的强弱直接决定了潮差的大小。对比海洋水文图集给出的潮差分布，本研究的计算结果比较准确，进一步验证了本文模型计算渤海潮汐结果的可靠性。模型结果同时显示：渤海大部分海域表现为半日潮流类型，只有渤海海峡东南部海域及庙岛列岛海域表现为不正规全日潮流，烟台养马岛为中心扩散的小部分海域表现为正规全日潮流。最大可能潮流流速分布为老铁山水道及其附近海域、渤海湾及老黄河口附近海域均为较强潮流区，最大可能潮流流速超过150cm/s，大部分海域最大可能潮流流速均超过100cm/s。对三个海湾进行对比，辽东湾最大可能潮流流速相对较大，渤海湾次之，莱州湾较小。此结果与其他学者的研究及海洋图集的结果进行对比，进一步说明了本文模型计算渤海潮流结果的可靠性。在模型结果验证的基础上进一步探讨了渤海海域M4，MS4和M63个浅水分潮，发现渤海M4和MS4潮波传播特征类似，均存在5个潮波系统，其中4个为逆时针旋转，1个为顺时针旋转，与前人的研究成果比较一致。此外，根据浅水分潮和产生浅水分潮的源分潮的关系式推算可得到 MS4分潮的振幅和迟角，与直接通过调和分析得到的 MS4分潮的振幅和迟角进行对比，结果也比较吻合。针对M6分潮在渤海的传播特征进行分析，发现：本海域存在7个M6分潮无潮点，其中4个为逆时针旋转，3个为顺时针旋转。计算结果还发现：3个浅水分潮都是在近岸浅水海域振幅相对较大，这显然与浅水分潮的产生机制密切相关。最后探讨了渤海四个分潮的潮能通量，其分布的共同特征为：辽东湾、莱州湾湾顶、及渤海海峡的东南部海域潮能通量量级非常小，均小于0.1kw/m，这与渤海中部海域、渤海湾及渤海海峡入口处，均大于10kw/m的潮能通量相比几乎可以忽略，且与渤海4个分潮流的特征有极大关系，往复流与旋转流对此分布有直接影响。同时，底边界的潮能耗散分布显示，半日分潮M2的底边界耗散值的大小比S2、K1分潮大一个量级左右，比O1分潮大两个量级左右。半日分潮M2与S2均在辽东湾、渤海湾耗散较大，M2约为10-1w/m2，S2约为10-2w/m2，在半日分潮无潮点附近老黄河口处尤为明显，在莱州湾耗散相对较小；全日分潮K1与O1在渤海中部、渤海海峡附近以及老铁山一带海域耗散较大，K1约为10-2w/m2，O1约为10-3w/m2，而在辽东湾、莱州湾及渤海湾的耗散相对较小。最终发现潮能耗散的大小与潮流流速的大小呈正相关关系。

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作者
康鸿轩;
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作者单位

上海海洋大学;

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授予单位上海海洋大学;
学科海洋科学
授予学位硕士
导师姓名刘浩;
年度 2016
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类海洋基础科学;区域海洋学;
关键词
渤海; 三维斜压; 潮汐潮流;

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