東中國海潮流三維數(shù)值模擬與分析

莊樺

摘 要：本文建立了東中國海潮波三維數(shù)值模型，根據(jù)模擬結(jié)果得到該海域表層、中層、底層的半日分潮流M2和全日分潮流K1分布場以及潮流類型分布圖，并對潮流的垂直結(jié)構(gòu)特征進行了分析。

關鍵詞：東中國海 潮流類型 垂直變化

潮波包括潮汐和潮流，指海水在天體（主要是月球和太陽）引潮力作用下所產(chǎn)生的周期性運動，習慣上把海面垂直方向漲落稱為潮汐，而水平方向的海水流動稱為潮流。潮流是是海水的基本運動之一，也是海洋動力學研究的重要組成部分。研究和探討潮流的基本特征、分布規(guī)律有著極其重要的意義。

模型建立

模式的計算區(qū)域為117°30′（E ～ 131°E，24°30′（N ～ 41°N，包括渤海、黃海、東海、東海陸架坡、琉球以東西北太平洋和部分日本海，開邊界選取如圖1所示。

研究區(qū)域的地形資料，包括來自NOAA的全球地形資料，長江口、江蘇北部沿海、渤海的海圖資料。開邊界處采用松本國家天文臺的海洋潮汐預報模式NAOTIDE提供的水位數(shù)據(jù)，水位、流速驗證采用2008年潮汐表的潮汐和潮流數(shù)據(jù)。

采用ECOMSED模式，網(wǎng)格水平分辨率為1′×1′，垂向在？滓坐標下分三層。

主要研究天文潮及其傳播變形的模擬，因此采用正壓模型，溫度和鹽度為常數(shù)，亦不考慮風場和海氣交換等因素，故表面熱通量、鹽通量、風應力分別賦為零值。

經(jīng)過反復試算調(diào)試，90個站點的水位和18個站點的流速、流向驗證，所得計算結(jié)果較為滿意。

潮流垂直結(jié)構(gòu)特征

1、分潮流橢圓的垂直變化

這里以M2、K1分潮流為例，研究分潮流最大流速及方向、橢圓率隨水深的垂直變化，圖2—圖7為表層、中層、底層M2、K1分潮流橢圓圖。

從圖2可以看出M2分潮流強潮流區(qū)在朝鮮西海岸，最大潮流速超過1.0m/s。渤海海峽東側(cè)、萊州灣沿岸、東海東南部的比較弱。M2分潮流的主軸方向與潮波傳播的方向一致，潮流主軸在東海為東南向西北，進入黃海后慢慢轉(zhuǎn)為南北方向。臺灣海峽、對馬海峽、濟州海峽、渤海海峽，潮流主軸與海峽走向一致，在渤海灣、遼東灣、萊州灣、朝鮮半島西岸的海灣，潮流主軸與海灣中軸線基本平行，在這些海域，潮流橢圓扁平，為往復流或具有明顯往復流的性質(zhì)。在臺灣海峽以北的東海南部海域、黃海中部海域也存在往復流，而在長江口外至朝鮮半島之間的廣闊海域，流速大，旋轉(zhuǎn)性強。

從圖3來看，在臺灣海峽、杭州灣、朝鮮半島西海岸、渤海海峽、渤海灣海域，全日潮流橢圓率最小，為往復流。東海中部的橢圓最接近于圓，潮流旋轉(zhuǎn)性強。K1分潮流最大流速出現(xiàn)在渤海海峽和對馬海峽，而東海的較弱。

對比可以看出，最大流速的量值隨深度而減小，全日潮流的變化較半日潮流快得多。從表層到中層，半日分潮流最大流速在一些海域變化比較快，變化大的約20-30%，有些海域基本不變，而全日分潮流流速則普遍減小了60-70%左右。

半日分潮流最大流速方向從表層到底層有偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，在大部分海域，偏角很小，在東海中部基本不變，但在朝鮮半島西南端與濟州島附近海域，方向變化很大，達到80°左右。全日分潮流在整個海域，最大流速方向都基本不變，只在北黃海中南部、濟州島附近、對馬海峽有很小的偏轉(zhuǎn)。

對比表層與中層的橢圓圖，在北黃海和渤海北部，潮流橢圓的長軸比短軸減小的比較快，而有些地方短軸還增大了，故橢圓率明顯變大。其他海域則變化不明顯，但有增大的趨勢。

2、潮流性質(zhì)垂直變化

與潮汐分類的方法類似，潮流依據(jù)變化情況分為規(guī)則半日潮流、不規(guī)則半日潮流、不規(guī)則日潮流和規(guī)則日潮流4種潮流類型。

判斷依據(jù)公式 ，其中，W是分潮流的平均最大流速。

圖8—圖10為表層、中層、底層潮流類型圖，圖中等值線0-0.5之間的區(qū)域為規(guī)則半日潮流，0.5-2.0為不規(guī)則半日潮流，2.0-4.0為不規(guī)則日潮流，4.0以上為規(guī)則日潮流。對比可見，在東海外海和黃海中部區(qū)域，表層為不規(guī)則半日潮流，變?yōu)橹袑拥囊?guī)則半日潮流，有的地區(qū)（如煙臺東北方的海域）表、中兩層的不規(guī)則日潮流的分布范圍不太一致，也就是說該處存在一區(qū)域，表層為不規(guī)則日潮流，變至底層為不規(guī)則半日潮流。底層相對中層而言，規(guī)則半日潮流的區(qū)域范圍更大一些。

造成潮流性質(zhì)垂直變化的原因，是日潮流最大流速（WK1+WO1）的垂直變化大于半日潮流最大流速（WM2）的垂直變化所引起的。也有的垂直變化更為顯著，表層為不規(guī)則日潮流變到底層為規(guī)則半日潮流。

結(jié)束語

根據(jù)理論分析，無論半日潮流或全日潮流，分潮流的橢圓率均隨著接近海底而增加，而比較模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)橢圓率的變化確實如此。隨著水深的增加，潮流速發(fā)生不同程度的改變，包括流速大小、流速方向、旋轉(zhuǎn)方向，全日潮流最大流速的垂直變化大于半日潮流最大流速的垂直變化，使得潮流類型隨之發(fā)生改變。（作者單位：國家海洋局南海預報中心）