?？跒澈Ｓ虺绷骷竟?jié)性特征分析

陳宜展，曹永港，肖志建，劉長建，李銳祥，董超

(國家海洋局南海調(diào)查技術(shù)中心∥國家海洋局南海維權(quán)技術(shù)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510300)

?？跒澄挥诃傊莺{中南部，地理位置為110°12′21″E～110°20′40″E, 20°01′12″N～20°05′55″N之間。瓊州海峽水動力過程主要受到東口南海北部的半日潮波和西口北部灣的全日潮波這兩個獨(dú)立潮波系統(tǒng)的影響，潮差不大，潮流作用強(qiáng)勁。?？跒骋灿蓶|、西兩個方向傳入不同相位和潮時的分潮相互作用，加上?？跒车臒釒Ъ撅L(fēng)氣候以及海灣地形特點(diǎn)，潮流特征具有一定的復(fù)雜性。海口灣有重要的航道，漁業(yè)捕撈活躍，是繁華的旅游景區(qū)，因此，研究?？跒车某绷魈卣饔兄匾囊饬x。

不同的海灣水動力特征不盡相同，即使是同一海灣，在不同的季風(fēng)和潮波作用下的水動力特征也不一樣。因此，對海灣水動力特征的深入研究要基于大范圍長時間的海洋調(diào)查資料。迄今為止，有關(guān)?？跒澈Ｓ虻乃畡恿μ卣鞣治鲅芯砍晒苌?，對?？跒吵绷鲌鎏卣鞯牧私庖彩腔趯Ν傊莺{潮流場結(jié)構(gòu)的研究。1960年代，“中越北部灣合作海洋綜合調(diào)查”對瓊州海峽進(jìn)行了兩次海流觀測，由于瓊州海峽海流流速太強(qiáng)，不易拋錨觀測，獲得的海流觀測資料多有中斷，數(shù)據(jù)可信度不強(qiáng)。只是通過風(fēng)場統(tǒng)計結(jié)果認(rèn)為瓊州海峽夏季水體輸運(yùn)由西向東，冬季海水輸運(yùn)由東向西[1-2]。中國海灣志根據(jù)1993年12月29～30日大潮期間實(shí)測資料，指出?？跒硨儆诓徽?guī)全日潮流，潮流表底層流向大體取向一致，余流大體向西運(yùn)動[3]。陳達(dá)森等[4]利用1964～1997年期間7 a的瓊州海峽海流實(shí)測資料研究了瓊州海峽余流場季節(jié)性變化特征，指出瓊州海峽的余流方向基本是從東向西運(yùn)動的，并且認(rèn)為風(fēng)只是對瓊州海峽表層水體輸運(yùn)有影響?，F(xiàn)有觀點(diǎn)普遍認(rèn)為控制瓊州海峽水體輸運(yùn)的主要因素是粵西沿岸西向流，瓊州海峽的水體輸運(yùn)基本是從南海北部進(jìn)入北部灣的[5-7]。

2016年國家海洋局南海調(diào)查技術(shù)中心對?？跒臣捌渲苓吅Ｓ蜻M(jìn)行了12個站位的海流同步觀測，觀測范圍覆蓋了?？跒橙亢Ｓ颉１疚臄M根據(jù)實(shí)測資料對?？跒车某绷魈卣鬟M(jìn)行分析。

1 數(shù)據(jù)來源與處理方法

2016年5月17 ～26日春季，7月13～22日夏季， 9月23日～10月3日秋季，和12月9～18日冬季共4次獲得全潮海流觀測資料。實(shí)測站點(diǎn)(S1-S12)布設(shè)如圖1所示。其中S1、S2、S3、S4、S5、S9等6個水深較深站位采用為TRDI ADCP以船載下視方法和懸掛Seaguard RCM型海流計在海表0.5 m水深處進(jìn)行海流觀測，S6、S7、S8、S10、S11、S12等6個較淺站位則用Seaguard RCM型海流計進(jìn)行分層觀測，每個測站點(diǎn)垂向分3層，分別為表層、0.6H及底層，表層為水面以下0.5 m處，0.6H層即是水深H乘以0.6的水深處，底層為海底以上0.5 m處)。其中，表層海流反映了海氣之間的作用特征，底層海流反映了海底的摩擦效應(yīng)，中層海流則反映了表層和底層之間的過渡特征。各季節(jié)的全潮觀測期間風(fēng)力為3～5級，海況2～4級，適合外業(yè)觀測作業(yè)。每個潮的海流觀測采用同步多站26h連續(xù)觀測作業(yè)方式。

圖1 ?？跒澈Ｓ蛉庇^測站位和水深(標(biāo)示左邊為站位名，右邊為水深)Fig.1 The location and their water depths of the observational stations in the Haikou bay

2 潮流性質(zhì)

潮流性質(zhì)利用全日、半日分潮流的相對比率來進(jìn)行劃分，通常用潮流性質(zhì)系數(shù)F=(WO1+WK1)/WM2作為判別標(biāo)準(zhǔn)，式中WO1、WK1、WM2分別為主太陰全日分潮O(jiān)1、太陰太陽赤緯全日分潮K1、主太陰半日分潮M2為主分潮流的橢圓長半軸，由引入差比關(guān)系的準(zhǔn)調(diào)和分析方法計算得到。其中，F(xiàn)<0.5為正規(guī)半日潮流；0.5～2.0 為不正規(guī)半日潮流；2.0～4.0 為不正規(guī)全日潮流；F>4.0為正規(guī)全日潮流[8-9]。表1 為各站潮流性質(zhì)計算結(jié)果。

表1 ?？跒巢煌竟?jié)各層潮流性質(zhì)系數(shù)F值Table 1 The character coefficient F of tide currents in various seasons in the Haikou bay

由表1可以看出，春、夏、秋季，?？跒澈Ｓ虺齋7和S10潮流性質(zhì)系數(shù)F值在0.5～2.0之間，為不正規(guī)半日潮流。其余各站F值基本上在2.0～4.0之間，為不正規(guī)全日潮流。從理論上，?？跒硸|部接近南海北部不正規(guī)半日潮區(qū)，西部接近北部灣全日潮區(qū)。然而，S7和S10位于西部近岸岬角處卻表現(xiàn)為不正規(guī)半日潮流。由于觀測站位靠近岬角受岬角地形影響，海流在岬角兩邊將產(chǎn)生兩個渦旋：若站在岬角上面海而立,左手一側(cè)是反時針渦旋，右手一側(cè)是順時針渦旋[10]。S7和S10位于岬角的右側(cè)，為順時針渦旋，故WO1和WK1變?nèi)醵鳺M2變強(qiáng)，F(xiàn)值相對變小。由下文的余流分析可以看出海口灣海域的余流方向主要為向西，因此西部近岸岬角站位S7和S10比東部近岸岬角站位S4和S6具有更明顯的不正規(guī)半日潮流特征。

從垂向分布上看，同一個站位的各層F值具有一定的差異?？傮w上，表層的F值大于底層的F值，但是表底層相差不大，隨水深增加逐漸變小。海口灣海域的日潮流最大流速的垂向變化幅度不大，因此F值在垂向空間分布規(guī)律性上較為一致?？傮w而言，灣內(nèi)站位的潮流性質(zhì)系數(shù)F值小于灣口站位的F值，即灣內(nèi)站位的全日潮特征不如灣口站位明顯。

從季節(jié)上看，春、夏、秋季潮流類型F值相差不大并且普遍大于冬季潮流類型F值。冬季各站位各層潮流性質(zhì)F值普遍在0.5～2.0之間，為不正規(guī)半日潮流。明顯冬季潮流形成機(jī)制與春、夏、秋季并不相同，春、秋季流速流向特征與夏季相似。由圖2流速流向圖可以看到，夏季?？跒掣鲗恿魉?、流向也較為相近，最大流速出現(xiàn)在落潮時段；冬季海口灣表層流速明顯大于底層流速，最大流速出現(xiàn)在漲潮時段。說明冬季東北季風(fēng)對?？跒澈Ａ饔兄匾挠绊?，西向漲潮流加強(qiáng)，東向落潮流減弱，因此呈現(xiàn)出半日潮流特征。

圖2 ?？跒砈2站夏季和冬季大潮流速流向和潮位圖Fig.2 S2 station current velocity and direction for a diurnal cycle

3 海流概況

位于?？跒惩獠繛晨谔幍腟1、S2、S3、S5和S9站表層海流表現(xiàn)出漲潮流的主流向?yàn)槠?，落潮流主流向基本上偏東的往復(fù)流特征(圖3)，且表現(xiàn)為不正規(guī)全日潮流特征。灣內(nèi)各站位漲落潮方向并不統(tǒng)一，近岸S4、S6、S8、S10、S11、S12站仍然表現(xiàn)出明顯的往復(fù)流特征，并且可以看出漲潮時海流從東邊灣口流入灣內(nèi)，從西部灣口流出，落潮時海流從西邊灣口流入灣內(nèi)，從東邊灣口流出。春季和夏季S7站的流速較小，表現(xiàn)出旋轉(zhuǎn)流形態(tài)。調(diào)查海域的海流不但受外海潮波和風(fēng)場的影響，局地地形對海流流向的制約同樣不容忽視，再加上瓊州海峽潮流作用的影響，從而造成調(diào)查海域的海流較為復(fù)雜。

在觀測期間，?？跒巢煌竟?jié)大、中、小潮流態(tài)變化不明顯，以下采用每個季節(jié)大潮期表層海流進(jìn)行特征分析。如圖3所示，由海口灣各個季節(jié)大潮期表層海流平面分布圖可以看出以下特征：

圖3 ?？跒掣骷竟?jié)大潮期表層海流平面分布圖Fig.3 The distribution of the surface current in spring tide in various seasons in the Haikou bay

1) 各個季節(jié)作業(yè)區(qū)內(nèi)站各層海流形態(tài)較為相似，灣口站位流向基本與海峽岸線平行，基本為漲潮流由東向西，落潮流由西向東。

2) 潮流運(yùn)動可粗略分為往復(fù)流和旋轉(zhuǎn)流，它可由潮流的橢圓旋轉(zhuǎn)率k值來描述，k值為潮流橢圓的短半軸與長半軸之比，其值介于-1～1之間。k的絕對值越小越接近往復(fù)流，越大越接近于旋轉(zhuǎn)流。k值的正、負(fù)號表示潮流旋轉(zhuǎn)的方向，正號表示逆時針方向旋轉(zhuǎn)，負(fù)號表示順時針方向旋轉(zhuǎn)。海口灣全年潮流都主要以M2、K1和O1分潮流為主，三個分潮量值總體相差不大，不同站位并不一致。各站的S2分潮流以及1/4日分潮流M4和MS4的量值均很小。各站各層M2，K1和O1分潮流的k值基本很小。?？跒矼2、K1和O1分潮流k值絕對值大部分小于0.2，說明該海口灣的潮流運(yùn)動以往復(fù)流為主。

3) 強(qiáng)流區(qū)處于灣口靠瓊州海峽海域，灣內(nèi)流速逐漸減小。受地形影響，灣內(nèi)海流流向基本與岸線平行。

4 余流特征

余流通常指實(shí)測海流資料中扣除周期性(天文潮)之外，剩余的那部分流動。其中包括潮汐余流、風(fēng)海流和密度流等非周期性流動。余流結(jié)果通過對實(shí)測海流進(jìn)行分解和合成得到。

?？跒掣鱾€季節(jié)大潮期余流分布圖如圖4所示，可以看出以下特征：

1)在春、夏、秋、冬季，?？跒澈^(qū)的余流基本都為自東向西，即南海海水通過海口灣海區(qū)輸送到北部灣。只是在夏季由于西南季風(fēng)影響，表層余流強(qiáng)度相對較弱，但中、底層仍為西向流。在全年中，冬季從東向西水體輸運(yùn)最強(qiáng)烈。

2)春季和夏季，表層余流流速普遍大于中層余流和底層余流。春季余流方向基本上是表層余流為近似向西，中底層余流范圍為東南向和西北向。夏季余流方向基本上是表層余流為近似向北，中底層為南向到西向。主要是因?yàn)榧撅L(fēng)和潮流影響?？跒潮韺佑嗔髁飨?，?？跒硨儆诎敕忾]港灣，為了保持質(zhì)量守恒，中底層余流對表層流出海水進(jìn)行補(bǔ)償。

3)相對于春季、夏季和冬季，?？跒城锛居嗔鬏^小。而且各站點(diǎn)各層余流方向基本一致。即是在海口灣秋季調(diào)查期間并沒有如同春季和夏季，出現(xiàn)中底層余流對表層流出的海水進(jìn)行補(bǔ)償現(xiàn)象。這是由于?？跒城锛炯撅L(fēng)作用沒有春季和夏季明顯，余流主要受到潮流作用影響。

圖4 海口灣各季節(jié)大潮期余流分布圖Fig.4 The distribution of the residual current in spring tide in various seasons in the Haikou bay

4)冬季，海口灣表層余流方向基本上近似向西，中底層余流方向也基本上近似向西。海面風(fēng)觀測站位站觀測到冬季大潮觀測期間風(fēng)向?yàn)闁|～東北，余流方向與風(fēng)向基本一致。說明?？跒扯敬蟪庇^測期間余流流向主要受東北季風(fēng)作用影響。

5 結(jié) 論

1) ?？跒吵绷魈卣鞅容^復(fù)雜，春、夏、秋季為不正規(guī)全日潮流，冬季為不正規(guī)半日潮流。春、夏、秋季?？跒掣鲗恿魉佟⒘飨蜉^為相近，最大流速出現(xiàn)在落潮時段；冬季?？跒潮韺恿魉倜黠@大于底層流速，最大流速出現(xiàn)在漲潮時段。說明冬季東北季風(fēng)對海口灣海流有重要的影響，西向漲潮流加強(qiáng)，東向落潮流減弱，因此呈現(xiàn)出半日潮流特征。

2) 靠近岬角位置的海域，由于渦旋作用更容易表現(xiàn)出半日潮流特征。

3) 海口灣潮流主要以M2、K1和O1分潮流為主，三個分潮量值接近，不同站位分潮量值存在差異。S2分潮流以及1/4日分潮流M4和MS4的量值均很小。

4) 在全年中，該海域余流方向都是從東向西的，其中冬季從東向西水體輸運(yùn)最強(qiáng)烈。在春季和夏季，季風(fēng)和潮流影響海口灣表層余流流向，?？跒硨儆诎敕忾]港灣，為了保持質(zhì)量守恒，中底層余流對表層流出海水進(jìn)行補(bǔ)償。而秋季季風(fēng)作用沒有春季和夏季強(qiáng)烈，余流主要受到潮流作用影響，沒有出現(xiàn)明顯的補(bǔ)償流。冬季大潮觀測期間余流流向基本近似向西，主要受東北季風(fēng)作用影響。