第34卷第3期 海 洋 学 报 Vo1.34.No.3 May 2012 2012年5月 ACTA OCEANOLOGICA SINICA 南麂岛附近海域潮汐和潮流的特征 曾定勇 ,倪晓波 ,黄大吉 (1.国家海洋局第二海洋研究所,卫星海洋环境动力学国家重点实验室,浙江杭州310012;2.浙江大学海洋科学 与工程学系,浙江杭州310058) 摘要:以2008年冬季在浙江近海南麂岛附近投放的4个底锚系观测的水位和流速资料为依据,分 析了潮汐和潮流特征。水位谱分析结果显示半13分潮最显著,全日分潮其次;近岸的浅水分潮比离 岸大。水位调和分析结果表明:潮汐类型均为正规半日潮,近岸处的平均潮差大于3 m,最大可能 潮差大于6 rn,潮汐呈现出显著的低潮日不等和回归潮特征。流速谱分析结果显示半日分潮流最 强,全日分潮流其次,且比半日分潮流小得多;近岸浅水分潮流比远离岸显著。流速调和分析结果 表明:潮流类型均为正规半日潮流,靠近岸的两个站浅水分潮流较显著;最显著的半日分潮流是 Mz分潮流,其最大流速介于0.32~0.48 m/s之间,全日分潮流均很弱,最大流速小于0.06 m/s。 Mz分潮流均为逆时针旋转,椭圆率越靠近海底越大;最大分潮流流速分布为中上层最大、表层略 小、底层最小;最大分潮流流速方向的垂向变化很小,底层比表层略为偏左;最大分潮流流速到达时 间随深度的加深而提前,底层比中上层约提前30 min。潮流椭圆的垂向分布显示这里的半日分潮 流以正压潮流为主;日分潮流则表现出很强的斜压性。 关键词:南麂岛;潮汐;潮流 中图分类号:P731.23 文献标志码:A 文章编号:0253—4193(2012)03~0001 10 1 引言 些文章。陈倩等 ]以浙江近海多年的水文调查和 各种相关资料为依据,分析了浙江近海的潮汐和潮 浙江近海区域的潮汐和潮流特征,一直受人们 流特征;章渭林 讨论了浙江和福建近海区的潮波 的关注,不少学者对此作了大量的工作。林炳尧 类型;Fang_g 给出了中国近海的潮汐和潮流表。以 等_1 通过调和分析和潮汐特征值统计两种方法研究 往的潮汐分析一般用的是附近岛屿或岸边的验潮站 了杭州湾的潮汐特征;陈耕心等 对乐清湾的潮汐 的资料,很少采用海域中的水位资料来研究潮汐特 特征作了研究;曹欣中等口 使用同步调查资料对象 征,潮流分析也多基于垂向分层较少(3~6层)且观 山港水文特征作了分析;顾圣华 通过对连续同步 测时间较短(几天)的观测资料;因此,利用海域中观 潮流观测资料的调和分析和统计计算,讨论了杭州 测的水位资料、垂向分辨率高且观测时间长的海流 湾芦潮港水域的潮流特征;陈德春等 依据椒江口 资料来分析潮汐和潮流特征,对于更好地了解研究 近十几年的水文观测资料,对台州湾一椒江口水文 海域的潮汐和潮流特征是有意义的。 特征作了分析。但有关南麂岛附近海域水文状况的 国家海洋局第二海洋研究所于2008年12月一 研究成果不多,主要包含在各种涉及浙江近海的一 2009年3月在南麂岛附近,获取到了连续7O多天 收稿日期:2010—07;修订日期:2011-03 21。 基金项目:国家重点基础研究发展计划(2006CB400603;2011CB409803);浙江省自然科学基金(R504040);国家海洋局青年海洋科学基金 (2010233);908专项(908 01一BC06;908—01一BC07)。 作者简介:曾定勇(1986一),男,四川省简阳市人,硕士研究生,从事海洋动力过程研究。E—mail:zengdy017@163.corn *通信作者:黄大吉,研究员,从事海洋动力过程和海洋生态系统动力学研究。E—mail: ̄huang@sio.org.en 3期 曾定勇等:南麂岛附近海域潮汐和潮流的特征 主要半日分潮(M。,S。,Nz)和主要日分潮(K ,O ) 日分潮振幅的差别较小;对所有分潮来说,两站的迟 的振幅都比远离岸的T3站大;两站半日分潮振幅 角基本相同。 的差别较大,T2站的振幅比T3站大20 9/6左右;全 吕 、 遵 荽 g \ 坦 苗 图2 T2,T3站的水位变化曲线 E:月赤纬等于零度,S:月球南赤纬最大 表2主要分潮振幅和迟角 站位 分潮 M2 S2 N2 K1 O1 L2 MU2 Q1 T2 振幅/m 迟角/(。) T3 振幅/m 迟角/(。) 3.1潮汐的类型 差和最大可能潮差分别用公式2.02H +0.58 潮汐的类型通常是以主要分潮振幅的比值F一 H;。/HM。+0.08(HK +Ho ) /HM。和2× (H 0.+HKJ)/H ,和G—H /H 的大小来判断 (1.29Hs。+1.23HM,+Ho +HK )E12]来计算。T2, 的【1 。F≤0.5为正规半日潮,0.5<F≤2.0为非 T3站的平均潮差分别为3.38和2.91 m,最大可能 正规半日潮混合潮,2.0<F≤4.0为非正规日潮混 潮差分别为6.62和5.77 II1。 合潮,F>4.0为正规日潮;G>0.04视为浅水分潮 3.3潮汐的日潮不等 显著。T2,T3的F值分别为0.43和0.42都小于 潮汐的日潮不等现象,包括潮高日不等和涨、落 0.5,G值分别为0.02和0.01也都小于0.04,这两 潮历时日不等。潮高日不等现象与月赤纬变化相 个站所在海区潮汐的类型属于正规半日潮。对水位 关,当H /H 的值大于0.40时,则潮高日不等现 资料作谱分析,结果见图3,也可以容易地看出两站 象明显_1引。根据半日分潮与全日分潮迟角差值g 最显著的是半日分潮,其次是全日分潮,近岸T2站 (g +g。 )的大小来判断潮高日不等现象的类 的浅水分潮比离岸T3站显著。 型,当此差值为0。(或360。)、180。、270。左右时则分 3.2 潮差 别表示该处潮位呈现出高潮日不等、低潮日不等、高 观测期间潮差为1~5 m,近岸T2站较离岸T3 潮和低潮均日不等的现象。T2,T3站的Hs /H 站大。由于只有短期的水位资料,本文依据潮汐调 值均为0.41,迟角差值分别为161。和166。接近于 和常数近似计算平均潮差和最大可能潮差。平均潮 180。,故这两站潮汐均呈现出低潮Et不等现象。从 3期 曾定勇等:南麂岛附近海域潮汐和潮流的特征 流速为0.32~0.48 m/s;最显著的全日分潮流是 不正规半日潮流,2.0<F≤4.0为不正规全日潮流, K 分潮流,最大流速小于0.06 m/s,比半日潮流弱 F>4.0为正规全日潮流。另外G一(w .+w M s_)/ 得多。本文以M 和K 分潮流为代表来讨论该海域 w 的大小可以衡量浅水分潮的影响,当G>0.04 潮流的分布规律。 时认为浅水分潮比较显著。T1一T4各站的F,G值 4.1潮流的类型 垂向分布见图5。4个站的F值介于0.15~0.22 潮流的类型通常是用全日、半日分潮流振幅的 之问,潮流类型为正规半日潮流。其中T1,T2两站 相对比率F一(W。 4-W )/W 值作为判别指 的G值均大于0.04,T1站上层的G值甚至超过 标ll¨。F≤0.5为正规半日潮流,0.5<F≤2.0为 0.1,浅水分潮流比较显著。 吕 富 \ \ 惶 惺 篷 蠼 悃重 橱整 值 G值 图5各站分潮流性质判据F,G值 方国洪_1 ]的研究认为F值随深度的变化主要 如图6所示,左图为各站的M。分潮流最大流速 决定于地理纬度,一般在中、低纬度处随着接近海底 的垂直分布,最靠近岸的T1站M 分潮流最强,其 F值变小,在高纬度则相反。但潮流的旋转率对F 次是离岸最远的T4站,中间的T2,T3站相对较 值随深度的变化也有重要影响,右旋的全日分潮流 小。各站M。分潮流的最大流速的最大值都出现在 和左旋的半日分潮流有利于比值F的减小。所以 中上层,表层略小,底层最小;表层流速比其下层流 对不同旋转方向的分潮流,其F值的临界地理纬度 速略小,可能是由于空气对海面的摩擦作用造成的; 是不一样的。T2,T3和T4站的F值均随着靠近海 除开表层的流速,对比4个站靠近底部的10~2O rn 底而减小,与上述结论是相符的。T1站的情况则较 以下部分的流速变化基本呈对数变化,越靠近海底 特殊,其F值随着靠近海底而增大,可能是该站特 流速越小,其原因可能是海底的摩擦作用造成的。 殊的地形所致,李身铎[1 在长江口横沙南也观测到 上述垂向分布特征与Fang和Ichiye¨1 对潮流垂直 类似的现象。 分布的数值计算的结果相符,他们认为潮流主分量 4.2潮流的垂向分布 的振幅在整个水柱中几乎是对数分布的,水深较深 潮流的垂向分布主要指分潮流的最大流速、椭 时,则仅在近底层显示出这一性质。右图为K 分潮 圆率、最大流速方向和转流时刻等的垂向变化。图 流的最大流速的垂向分布,大小要比M 分潮流小 6~9分别为各站M。,K 两个主要分潮流的最大流 一个数量级,垂向变化特征和M 分潮流类似,各站 速、椭圆率、最大流速方向和迟角(对应转流时刻)的 之间的大小差别不大。 垂向分布。 如图7所示,M。分潮流的椭圆率在T1,T2和 海洋学报34卷 K 星 \ 暑 \ 煺 蠼 橱芷 惶 蠼 枉匣 图6各站Mz,K 分潮流的最大流速 T3站的垂向分布很相似,值介于0.25~0.4之间; 之间差异也很明显。在T2,T3和T4站离海底 在T4站的M 分潮流的椭圆率则要小得多,除近底 层外都小于0.2。在T1,T2站从海底到离底15 m 高度左右,T3,T4站从海底到离底20 rn高度左右, 椭圆率随深度的增加而增大(越靠近海底,椭圆率越 大),而且TI和T2站的变化率明显大于T3和T4 40 m高度以下的分布是很相似的,随深度的增加而 增大,但在近底层的10 m内则变化不大;在T2和 T3站的表层椭圆率接近于0,在T4站则在离底约 33 ITI处转向为负。在T1站则表现出完全不一样的 变化特征,随水深的增加而减小,在海底处接近于 站;这一高度以上的水层内椭圆率随深底变化不明 显。K 分潮流的椭圆率的垂向分布比较复杂,各站 0,表现为K 分潮流的潮流椭圆越靠近海底越扁,且 由逆时针的旋转潮流变为往复流。 K g \ \g 姬 蠼 榴匿 越 嬗 蜓 褪 椭圆率 椭圆率 图7各站M ,K 分潮流的椭圆率 3期 曾定勇等:南麂岛附近海域潮汐和潮流的特征 M 2 K g 昌 \ \ 枢 .暄I 蠼 蜓 悃呈 徭匣 图8各站Mz,K 分潮流的最大流速方向 K g 昌 \ 、 幄 幄 蠼 世 韫 榴匿 位相迟角/(。) 位相迟角/(。) 图9各站Mz,K,分潮流的迟角 从上面的结果可以看出,全日分潮流的椭圆率 三站的近底层变化不大说明引起椭圆率变化的原因 随水深的变化是比较复杂的,随水深增加而增大的 不仅仅是海底的摩擦作用。 规律没有半日分潮流那么显著。李身铎口朝在长江 如图8所示,M。分潮流的最大流速方向的垂向 口的观测也得到类似的结果,他的观测中有95 的 分布在各站都很相似,整体垂向变化不大;变化主要 站位观测到Mz分潮流的椭圆率随水深的增加而增 在离底1O~30 m的水层,随着靠近海底半日分潮 大,而只有74 的站位观测到K 分潮流具有同样 流最大流速的方向度变小,即最大流速方向随深度 的规律。他在理论分析中认为椭圆率随水深的增加 的增加向左偏;在10 m以下最大流速方向随着靠 而增大是由于海底摩擦的增加引起的,K 分潮流的 近海底有略微的增大。K 分潮流的最大流速方向 椭圆率在T1站随水深的增加而减小,以及在其他 的垂向变化则显得更加复杂。在T2站的变化最显 3期 曾定勇等:南麂岛附近海域潮汐和潮流的特征 9 流占绝对支配地位,最显著的半日分潮流是M2分潮 min,而且这些变化多集中在近底层。K 分潮流也 流,最大值介于0.32~0.48 m/s之间,最显著的全日 以逆时针旋转为主,在T4站上层为顺时针旋转;椭 分潮流是K 分潮流,最大值小于0.06 m/s。 圆率随着靠近海底增加,但在T1站则相反;最大流 M。分潮流均为逆时针旋转,椭圆率越靠近海底 速方向和最大流速到达时间垂向变化较大,各站之 越大;最大流速分布为中上层最大、表层略小、底层 间差别也较大。 最小;最大流速方向的垂向变化很小,底层比表层略 半日分潮流以正压潮流为主;日分潮流则表现 为偏左;最大流速到达时间底层比表层约提前30 出很强的斜压性。 参考文献: E13林炳尧,曹颖.杭州湾潮汐特征分析[J].河口与海岸工程,2000(2):16—25. Ezl陈耕心,李伯根,许卫忆.乐清湾潮汐特征及对潮滩沉积作用的影响[J].东海海洋,1992,10(1);1—9. [3]曹欣中,唐龙妹,张月秀.象山港水文特征及纳污能力的分析[J].东海海洋,1995,13(1):1O一19. [4]顾圣华.杭州湾芦潮港水域潮流特征分析口].上海水利,2000(1):37—40. [5]陈德春,何蘅.浅析台州湾一椒江河口水文特征[J].水文,1998(5):52—54. [6]陈倩,黄大吉,章本照,等.浙江近海潮汐的特征[J].东海海洋,2003,21(2):1—12. [7]陈倩,黄大吉,章本照,等.浙江近海潮流和余流的特征[J].东海海洋,2003,21(4);1—14. [8]章渭林.浙闽近海潮波传播类型分析口].海洋通报,1993,12(1):19—24. [9]FANG Guohong.Tide and tidal current charts for the marginal seas adjacent to China[J].C J of Oceanology and Limnology,1986,4(1) 1~16. [1O]PAWLOWICZ R,BEARDSLEY B,LENTZ S.Classical tidal harmonic analysis including error estimates in MATLAB using T_TIDE[J] Computers and Geosciences,2002,28:929——937. [11]陈宗镛.潮汐学[M].北京:科学出版社,1980:301. [12]黄祖珂,黄磊.潮汐原理与计算[M].青岛:中国海洋大学出版社,2005:235. [i3] 中华人民共和国交通部.港口工程技术规范(上册)[s].北京:人民交通出版社,1987. [14]方国洪.潮流垂直结构的基本特征——理论和观测的比较[J].海洋科学,1984(3):1—11. [15]李身铎.长江口潮流的垂直结构[J].海洋与湖沼,1985,16(4):261—273. 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Harmonic analysis of tide and tidal current near Nanj i Island,Zhej iang Province ZENG Dingyong ,NI Xiaobo ,HUANG Daji '。 (1・State Key Laboratory of Satellite Ocean Environment Dynamics,The Second Institute of Oceanography。State Oceanic Administration,Hangzhou 310012,China;2.Department of Ocean Science and Engineering,Zhejiang University,Hang— zhou 310058,China) Abstract:Based on the observed water 1evel and current data during the winter of 2008 at four bottom— moorings near Nanji Island,Zhejiang Province,the characteristics of tide and tidal current are investigated with spectra1 and harmonic analysis.Spectral analysis of the water level shows that the semi—diurnal tides are the most significant constituents,followed by diurna1 tides,shallow water tides at inshore area are sig— nificant than that in offshore.Harmonic analysis of the water level shows that the tide is regu1ar semi—diur— na1 tide,the average tidal range is over 3 m and the potential maximum tidal range is greater than 6 m at in— lO 海洋学报34卷 ys s ofthe current shows that the semi—diurnal tidal current,,.h _a ・The d。h ignificant low ride daily inequality and tropical tide characteristicsSpectral ana1一 .s are the most significant constituents,fol- ?wedby diurnah dal currents which are much weaker than the former,shallow water tida1 current at in一 t1?:da 啪ch m。 significant than that in offshore.Harmonic analysis of the current shows that the cu re…。reg ular em-_diurnal tidal current,the most significant semi—diurnal tida1 current con stitu— ent s "wnh n ma Ximum speed of o・32一o.48 m/s,the most significant diurnal tidal current constitu— ent. K ,w th ts maximum speed less than O・06 m/s.The M2 tidal current rotates counter—clockwise—. with ncreasmg of ts ellipticity as approaching to the sea floor.The maximum speed of M2 tidal current oc curs at Huddie and upper Iayers,decreases towards the surface and the sea floor.The direction of the maxj一 tldah m M2 dO nOtvary signifieant with depth,except that the direction deviates slight1y to nea . ea f10o The timing 0f the maximum current advances when appr0aching t。the sea erty with a strong vertical variationoo ou o minu sahead at the bottom layer than the above layer.The semidiurnal tida1 current barOt:op c dom nate with Vertical homogeneous,while the diurnal tidal current shows a baroc1inic proD— . Key words:Nanj i Island;tide;tida 1 current