基于潮汐逆模型技术对渤黄海正压M2分潮开边界条件的优化研究:II.潮汐特征、潮汐动力学及潮余流

2016-11-14 01:50宋军姚志刚郭俊如李静高佳董军兴
海洋通报 2016年5期
关键词:分潮潮汐黄海

宋军,姚志刚,郭俊如,李静,高佳,董军兴

(1.国家海洋信息中心,天津 300171;2.中国海洋大学 教育部物理海洋学重点实验室,山东 青岛 266100;3.国家海洋局海洋减灾中心,北京 100194)

基于潮汐逆模型技术对渤黄海正压M2分潮开边界条件的优化研究:II.潮汐特征、潮汐动力学及潮余流

宋军1,2,姚志刚2,郭俊如3,李静1,4,高佳1,董军兴1

(1.国家海洋信息中心,天津300171;2.中国海洋大学教育部物理海洋学重点实验室,山东青岛266100;3.国家海洋局海洋减灾中心,北京100194)

基于该系列文章前文建立的高分辨率数据同化模型系统,研究渤、黄海的M2分潮的潮汐特征、潮混合、潮余流、潮能及其扩散、潮动量平衡。对同潮图结果的分析表明,渤、黄海内共存在4个无潮点,研究区域内M2分潮振幅的最大值出现在朝鲜半岛西侧。潮流椭圆的分析结果表明,在35°N附近区域潮流椭圆的旋转方向有着比较突然的改变。朝鲜半岛西侧区域潮流的振幅较大,并且由于该区域地形复杂多变导致朝鲜半岛西侧海域存在着比较强烈的潮混合与潮耗散。对M2分潮动量分析的结果表明,地形等因素在近海潮汐动力学过程中发挥着比较重要的作用。在渤、黄海内大部分区域,主要的动量平衡基本上介于压强梯度力、局地变化项以及科氏力之间,底应力和对流项都可以忽略不计。但是,线性模型对近海尤其是上述强耗散区内潮波活动的模拟还是存在着缺陷和不足。

潮汐特征;潮汐动力学;潮余流

在渤、黄海海区的众多水文现象之中,潮汐和潮流过程以其显著的动量、能量输运而成为该海区最引人注目的特征之一。已有的研究已经指出渤、黄海海区的潮汐和潮流过程具有较复杂的空间结构特征(Choi,1980;Choi,2003;Fang et al,2004;Larsenetal,1985;王凯等,1999;赵保仁,1994)。此外,渤、黄海海区较浅的地理特征以及显著的潮振幅也使得渤黄海成为世界上潮能耗散最强的海区之一,Provost等(1997)曾指出,主要太阴半日分潮M2在该海区的潮能耗散达到了180 GW,约占全球M2潮能耗散总能量(2 TW)的11.1%。因此,潮混合以及潮余流过程在该海区的动力学以及其生物、化学过程中起着重要甚至决定性作用。例如,潮混合在黄海冷水团的形成、渤海锋面结构、鳀鱼卵分布以及细菌生长等方面均起着至关重要的作用(吕新刚 等,2010;Lie,1989;Hao et al,2003;Hyun et al,1999)。因此,对潮汐潮流过程的研究成为该海区物理海洋学研究的重点之一。

1 潮汐特征

经过数据同化系统的优化调整,ROMS模式对渤、黄海区域M2分潮的模拟与观测之间的误差已经显著地降低,两者之间达到了比较不错的符合程度。因此,本文可以在ROMS模式“最优”解的基础上进一步的分析渤、黄海区域M2分潮的潮汐特征。从图1的M2同潮图可以看出,由南边界传入的M2潮波分成两支向北传播:一支折向山东半岛并遭到山东半岛南岸的反射;另外一支继续向北进入北黄海后遭到黄海北岸岸线的反射,入射波与反射波的相互干扰结果,在科氏力作用下分别形成了两个逆时针旋转的驻波系统,无潮点的位置分别位于山东半岛成山角外侧和海州湾外。进入北黄海潮波的一部分继续折向西并经过渤海海峡进入渤海,同样受到渤海西岸的阻挡,反射波作用下分别在辽东湾西侧和渤海湾南侧,形成了两个逆时针旋转的潮波系统,无潮点的位置分别位于秦皇岛和黄河口附近,渤海内的两个无潮点的位置非常接近陆地,表现为准退化的潮波系统。

图1 同潮图

应当指出的是,目前关于渤海湾内无潮点的位置尚存在着争议。Fang等(2004)的结果认为渤海湾内无潮点的位置应当在陆地之上,表现为退化潮波系统。而王永刚等(2004)基于趋近法的结果与本文的模式结果非常类似,即渤海湾内无潮点的位置非常接近陆地。造成这一分歧的一个主要原因是渤海湾内的无潮点非常接近于黄河口三角洲附近区域,由于黄河的巨大输沙量导致该区域的地形和岸线处在不断的变化之中,使得对于黄河三角洲附近区域潮汐活动的观测和模拟都较为困难。在本文的研究区域内,M2分潮的最大振幅出现在朝鲜半岛西侧的江华湾湾顶,最大振幅超过了2.6 m,整个朝鲜半岛西侧海域是世界上潮差最为显著的区域之一。继续向西至靠近中国大陆,M2分潮的振幅显著减小,海州湾顶M2分潮的最大振幅仅有1.4 m左右。北部的渤海海区由于水深较浅,从而底摩擦相对比较强导致渤海区域内M2的潮振幅相对黄海偏弱。

图2 深度平均的M2分潮潮流椭圆(每10个格点一个潮汐椭圆,蓝色(红色)代表反时针(顺时针)旋转)

同时,还给出了对渤、黄海区域内对深度平均的M2分潮潮流椭圆的分析结果,如图2所示。在渤海,M2分潮流的最大流速在20~60 cm/s之间,渤海湾、辽东湾流速相对较强,莱州湾流速较弱,其大小仅有10~20 cm/s。渤海海峡附近区域M2分潮流最大流速可以达到40 cm/s。对潮流椭圆扁率的分析表明,渤海中部区域的潮流更多的表现为旋转流,而辽东湾和渤海湾内的潮流更多表现为往复流的形式。在黄海,M2分潮流一个比较明显的特征是流速东西方向的不对称,即东岸流速大于西岸流速。西岸流速在20~40 cm/s之间,东岸流速大小介于60~80 cm/s,尤其是江华湾内,最大流速可以达到100 cm/s,为黄海区域内的最强潮流区。黄海中部区域潮流较弱,大小仅有20 cm/s左右。对黄海内潮流椭圆扁率的分析表明,朝鲜半岛西侧海域M2分潮流更多的表现为往复流的形式,而在靠近中国大陆一侧,M2分潮流则更多的表现为旋转流的特征。此外,M2潮流椭圆一个比较显著的特征是,在35每10个格点一个潮汐椭圆,蓝色(红色)代表反时针(顺时针)旋转N以南区域M2分潮流的旋转方向基本上为顺指针,而在35°N以北,除山东半岛南端的一小部分区域之外,M2分潮流基本变为逆时针旋转,这一发现与Lie等(2002)之前的观测以及Kang等(1998)的模式结果基本一致。山东半岛南端一小部分区域内M2分潮流的顺时针旋转结果也和之前的研究(Lie et al,2002;Kang et al,1998;Lee et al,1999)相一致。在渤海,M2分潮流顺时针旋转的区域主要出现在渤海中部,在其他区域基本上为逆时针旋转。注意到M2分潮流旋转方向的之一空间分布特征与之前Prandle(1982)的关于分潮流旋转方向的理论分析相符,即在分潮等振幅线间隔比较均匀的区域,分潮流的旋转方向为逆时针,本文中北黄海以及山东半岛南端M2等振幅线和分潮流旋转方向之间的关系基本与Prandle的结果相一致。

2 潮汐动力学及潮余流

为了解渤、黄海海区M2分潮对水动力学环境的影响,本节对与M2分潮相关的潮混合、潮余流、潮能通量以及潮能耗散等进行了分析研究,最后还对渤、黄海海区内M2分潮的动量平衡进行了诊断分析。

2.1潮混合

在对渤、黄海潮汐潮流动力学作用的研究中,一个比较重要的方面就是研究海区内强潮流所导致的潮致湍混合对锋面的形成、结构及其分布的影响。Simpson等(1974)对爱尔兰海域的潮混合锋面进行研究时提出可以用U3/H作为确定潮混合锋面位置的依据,其中U为深度平均的M2分潮潮流流速,H代表局地水深。基于Simpson等提出的方法,计算了渤、黄海区域内潮混合参数(Tidal Mixing Parameter,以下简称TMP):

TMP=log10(h/U3)

潮混合参数TMP的空间分布结果如图3所示,可以看到存在4个比较明显的潮混合参数TMP的低值区域,分别位于:西朝鲜湾、江华湾、朝鲜半岛西南部附近海域以及34°N-35°N之间的江苏外海。Lie等(2002)和Naimie等(2001)的研究指出潮混合参数TMP=2.0处对应为潮混合锋面发生时的位置(即图3中的白色等值线),从图3中可以看到,在本文的研究中渤、黄海内存在着4个比较明显的潮混合锋面,分别位于:西朝鲜湾外、江华湾外、朝鲜半岛西南部以及江苏外海。这一发现与之前的卫星观测的结果(Lie,1989;Hickox et al,2000)基本一致。除强潮流所导致的潮致混合,淡水注入以及海水的层结等浮力通量的变化也对潮混合锋面的形成、强度以及位置有着重要的影响。例如Lie等(1989)曾经指出长江的巨大淡水通量强化了江苏外海附近的海水层结,从而抑制和影响了江苏外海潮混合锋面的形成。因此,受到以上因素的影响,潮混合锋面的位置、形状、结构等随时间存在较明显的变化。

图3 M2分潮的潮混合参数的空间分布

2.2潮余流

由于摩擦、海底地形变化、边界形状等原因,使得潮流发生非线性现象,从而水质点在一个潮周期之后并不返回到原先的位置 (Zimmerman,1978),称这种由于潮流非线性相互作用所导致的流动为潮余流。潮余流在近海以及河口区域对悬浮物、泥沙以及其他物质的长期输运有着重要影响,因此在本节对渤、黄海海区潮余流的空间分布特征进行分析。由于本文的研究中仅包括M2一个天文分潮,因此通过对ROMS模式输出在12.42 h(M2天文分潮的周期)上进行平均,可以得到M2分潮的潮余流,一般称这种在固定空间点上将潮流在一个潮周期T内时间平均所获得的余流为欧拉余流。如图4所示,给出了渤、黄海海区欧拉余流的空间分布,从图中可以看出,在渤海和黄海内部,潮余流的强度比较弱,最大为2 cm/s左右,而且分布比较有规律;而近岸附近的潮余流量值较大,最大量值超过了5 cm/s并且分布比较凌乱。在渤海,潮余流较强的区域出现在黄河口、渤海海峡北部的老铁山水道以及辽东湾内,这与Fang等(1985)的结果相一致;黄海的余流较渤海略大,强余流出现的地点分别为西朝鲜湾、江华湾等朝鲜半岛西侧海区以及江苏外海,Lee等(1999)的结果也给出了类似的潮流分布特征。在辽东半岛最南端我们可以看到存在着一对气旋和反气旋环流,这与之前黄大吉等的研究结果基本一致,导致这一现象出现的原因可能是该海域涨、落潮过程的不对称(Huang et al,1999)。此外,在莱州湾内M2潮余流存在一个反气旋的涡旋结构,但强度较弱。继续向南,我们看到黄海内部区域余流的方向基本偏南,余流的大小偏弱;在南黄海靠近中国大陆一侧,余流沿山东半岛南下,之后在江苏外海折向东从而形成一个气旋结构的涡旋。

图4 深度平均的M2潮余流(每5个格点一个潮流矢量)

2.3潮能及其耗散

之前对于渤、黄海海区的研究曾经指出,全球的M2潮汐能量的大约8%耗散在黄海区域(Provost et al,1997;Kantha et al,1995;Munk,1997),因此,对渤、黄海正压潮能通量及其耗散的研究室该区域潮汐研究的重要方向之一,本文基于ROMS模式的结果,给出了渤黄海潮汐通量及其耗散的研究结果。根据Greenberg(1979),平均潮能通量输运,包括潮动能和潮势能,可以定义为:

上式中,ρ0为海水密度,取为1 026 kg/m3;h为局地水深,单位为m;η代表由于潮汐过程导致的海表面高度的涨落;u和v分别是深度平均的潮流流速;g为重力加速度,一般取为9.8 m/s2。其中,海表面高度η、深度平均的流速u、v分别来自于优化后的ROMS模式输出。T表示一个M2分潮的潮周期,为12.42 h。因此,最终得到的潮能通量F是在一个潮周期上的平均值,潮能通量F的空间分布如图5所示。从图5可以看出,进入渤海和黄海的潮能有两个主要来源:大部分潮能来自于东海,经模式的南边界进入黄海,还有一小部分能量来自于东侧的对马海峡。

图5 M2分潮的潮能通量(每5个格点一个矢量)

渤、黄海潮能通量空间分布最显著的特征是在黄海潮能通量的东西不对称,东岸靠近中国大陆的一侧潮能通量比较小,而临近朝鲜半岛的西侧海区潮能通量比较强。这与前面提到的潮流椭圆的空间分布特征是基本一致的。对潮流能量的输运路径分析表明,进入南黄海的M2潮流通量主要沿朝鲜半岛一侧向北输运,在36°N附近海区分为两支:其中一小部分向西折向山东半岛南岸,之后沿山东半岛及江苏沿岸南下进入苏北外海,形成一个巨大的涡旋结构;大部分潮能通量则继续北上,进入北黄海的潮能通量在到达黄海北岸后折向西沿岸线流动,并与山东半岛北岸的东向潮能输运一起形成气旋性的涡旋。进入北黄海潮能通量的一小部分继续向西经渤海海峡(主要沿老铁山水道)而进入渤海,之后一部分折向北进入辽东湾,其他的则继续向西进入渤海中部。从渤、黄海潮能通量输运的路径以及强度变化可以看出,潮能通量的大部分沿朝鲜半岛西侧输运的过程中分别在朝鲜半岛西南部海域、江华湾以及西朝鲜湾附近汇聚并最终在局地耗散掉,因此这3个区域是渤黄区域海潮能能量最主要的“汇”。

根据动力学的基本定理,在数学上功率可以表达为力与速度的乘积。因此由底摩擦所导致的潮能耗散率可以定义为(Greenberg,1979;Taylor,1919):

其中,Cd为底摩擦系数,在本文的研究中取为0.003;ρ0为海水密度,取为1 026 kg/m3;u和v分别是深度平均的潮流流速;T表示一个M2分潮的潮周期,为12.42 h。这里对潮能耗散率的计算基于二次的底应力公式,这与本文数据同化系统中ROMS模型底应力的计算公式是一致的。渤、黄海整潮周期平均潮能耗散的空间分布如图6所示,最大的潮能耗散出现在朝鲜半岛西侧海域,这与前面对潮能通量输运的分析相一致。在以上这些区域,水深相对较浅,地形变化比较复杂,从而导致这些区域的底粗糙度较大,此外,沿朝鲜半岛西侧海域的M2潮流流速振幅也比较显著,因此导致了在这些区域M2分潮的潮能耗散非常惊人,这也与之前对该区域潮能耗散的研究相吻合(Lefevre et al,2000;Kang et al,2002)。以log10D=0.3 W/m2作为判定强潮能耗散的临界值(Naimie et al,2001),在本文的研究区域内可以发现3个潮能耗散非常强的区域,分别位于:西朝鲜湾、江华湾以及朝鲜半岛西南部海域,其中,潮能耗散最强的区域出现在江华湾内部,潮能耗散的最大值高达10 W/m2。此外,在江苏外海的苏北浅滩附近,虽然潮能耗散的强度较朝鲜半岛西侧海区偏弱,但也属于潮能耗散较显著的区域。以上4个强潮耗散区所具有的一个共同的特征是其均具有非常强的潮流和较粗糙的海底地形,从而导致了M2分潮在这些区域内较强的耗散。在渤、黄海的内部区域,潮能耗散非常微弱,与以上几个区域相比基本可以忽略。

图6 M2平均潮能耗散速率(单位:W/m2,以log10为底)

2.4动量分析

为了对渤、黄海区域潮汐动力学过程有更加清晰的认识,在本节对渤、黄海区域的潮汐过程进行动量分析和诊断。基于ROMS优化之后的模拟结果,分别对深度积分的动量方程中各项的量值进行了计算,ROMS模型分别输出并保存了动量方程中各项的u分量和v分量,并在一个M2分潮的潮周期(12.42 h)上分别计算了各项的均方差。最后基于其中5个比较重要的项给出了对动量的结果分析,这五项分别是:压强梯度力 (pressure gradient)、科氏力(corriolis)、底应力 (bottom friction)、对流项(advection)和局地变化项(local acceleration),结果如图7所示。从对动量方程各项均方差的对比可以看出,渤、黄海区域最显著的两项分别是压强梯度力和局地变化项,科氏力的均方差相对前两项偏弱,位居第3。科氏力的大小虽然较前两项偏弱,但是其具有和压强梯度力相同的量级,此外科氏力也在渤、黄海旋转潮波系统的形成中起着重要作用。水平对流项和底应力项在绝大部分研究区域内都非常弱,较压强梯度力等前三项至少小一个量级,这说明在渤、黄海的大部分区域,潮波系统的非线性作用非常微弱,潮波基本表现为线性过程。但是在一些沿岸地区,例如西朝鲜湾,江华湾等,可以看到底应力等非线性项的量级显著增加到和压强梯度力相同的大小,甚至基本的动量平衡变为压强梯度力和底应力之间的平衡。

图7 一个M2潮周期内,基于深度积分动量方程的U、V分量,计算的压强梯度力、科氏力、底应力、对流项和局地变化项的均方差

基于动量方程中各项的大小以及相对权重的变化,可以把渤、黄海研究区域划分成3个区域:弱潮耗散区、强潮耗散区以及中间过渡区。为对动量方程各项之间各平衡关系及时间演变有一个更直观的了解,在以上3个区域中分别给出了一个典型站位的动量分析时间序列,3个典型站位的位置如图8所示。其中,站位A位于山东半岛以南,接近南黄海的中部40 m等深线位置附近;站位B位于渤海湾中部,该站位的水深大约为10 m左右;站位C位于朝鲜半岛西侧的江华湾内,该站位水深较浅仅有6 m左右。结果如图9所示,给出了以上3个站位共25 h的动量方程各项的时间序列图(分别包括U分量和V分量)。

图8 典型站位的位置

图9 基于深度积分动量方程的U、V分量A,B,C三站M2分潮的压强梯度力、科氏力、底应力、对流项和局地变化项对比。

在南黄海内的A站位,可以看到其动量平衡关系与渤黄海绝大部分地点类似。在东西方向上,主要的动量平衡介于压强梯度力、局地变化项以及科氏力之间,其中压强梯度力和局地变化项的大小基本相同,位相相反,科氏力较局地变化项明显偏弱。底应力和水平对流项在A站位的东西方上基本上可以忽略不计。在该站位的南北向分量情况基本与东西向分量类似,但南北向的科氏力大小较之东西向有比较显著的增加,其大小和位相基本上与局地变化项相同,科氏力和局地变化项共同作用来平衡掉压强梯度力。这说明在A站位,潮流主要为为东西向流动,这与前面对该区域潮流椭圆的分析相符合。在南黄海内的A站位,东西向和南北向动量分析的都表明底应力和水平对流项都可以忽略不计,在A站位的潮流运动主要表现为线性。

向北进入渤海湾内,可以看到在B站位情况与A站位情况略有不同,底应力的大小及作用在B站位附近海区显著增加。在东西方向上,动量方程中最基本的平衡与A站位相同,依然介于压强梯度力和局地变化项之间;不同的是在B站位,底应力的大小已经超过了科氏力,位居第3位。科氏力的作用变得非常微弱,与水平对流项具有相同的量级,其作用基本可以忽略。在南北方向,B站位的动量平衡介于压强梯度力和科氏力之间,即基本的地转平衡。而局地变化项的作用在该方向上变得比较弱。底应力与水平对流项在B站位的南北向上依然可以忽略不计。这与前面对该区域潮流椭圆的分析结果一致,在渤海湾内,潮流的主要流动方向为东西向,导致南北向的底应力基本为零,因此在南北方向上基本的平衡为地转平衡。在渤海湾内的B站位,东西向的底应力作用的显著增加表明,在该站位的潮流运动已经表现出相当程度的非线性。

江华湾内的动量平衡与以上两个站位相比截然不同。从前文对潮能通量等的分析可知,在朝鲜半岛西侧的潮汐能量非常巨大,因此在江华湾内的C站位动量分析各因子的量级较前面的A和B两个站位显著增加,增大到B站位的4倍大小左右。C站位动量平衡关系最为显著的特征即是底应力和水平对流项在该站附近增加到和其他几项相同的量级。在东西向,动量方位潮汐-地形间非线性相互作用导致了浅水分潮M4的发生。此外,还注意到底应力与压强梯度力基本反位相,并且两者之间存在一个小时的延迟,这也说明了在该站位潮汐非线性作用的重要性。考虑到江华湾内岛屿众多,地形复杂以及自南海进入该海域的巨大潮汐能量,潮汐非线性作用在该海域的显著增加是比较自然的事情。在C站位,其南北向的动量分析结果与东西方向类似。在C站位,浅水分潮的形成也说明了在该区域非线性作用的显著增强,这与我们前面在潮混合和潮能耗散的分析结果相一致。

3 结论

本系列文章上一篇中建立了一套高精度的数据同化系统用来对正压潮汐开边界条件进行优化。该数据同化系统主要包括一个正模型ROMS和逆模块TRUXTON,基于ROMS模式结果与观测数据之间的误差,驱动TRUXTON模型产生对潮汐开边界条件的订正项,从而优化原潮汐开边界条件。

ROMS模式调整前和调整后的同潮图结果对比表明,优化后的M2分潮同潮图更加接近于Fang等(2004)所给出的“真实值”,其中最大的改善出现在渤海、渤海海峡以及北黄海附近区域。对同潮图结果的分析表明,渤、黄海内共存在4个无潮点,分别位于山东半岛成山角外侧、海州湾、秦皇岛外海以及旧黄河口附近;研究区域内M2分潮振幅的最大值出现在朝鲜半岛西侧的江华湾内,最大值达到了2.6 m。潮流椭圆的分析结果表明,在35°N附近区域潮流椭圆的旋转方向有着比较突然的改变。朝鲜半岛西侧区域潮流的振幅较大,并且由于该区域地形复杂多变导致朝鲜半岛西侧海域存在着比较强烈的潮混合与潮耗散,尤其是在江华湾、西朝鲜湾以及朝鲜半岛西南部海域。对M2分潮动量分析的结果表明,地形等因素在近海潮汐动力学过程中发挥着比较重要的作用。在渤、黄海内大部分区域,主要的动量平衡基本上介于压强梯度力、局地变化项以及科氏力之间,底应力和对流项在大部分区域内都可以忽略不计,潮流基本上表现为线性。

但在西朝鲜湾,江华湾等区域,潮流流速的显著增加以及海底地形的复杂变化使得在这些区域内底应力的大小和重要性显著增加,从而在上述区域基本的动量平衡介于压强梯度力和底应力之间,对江华湾内C站位动量的时间序列分析可以看出,潮波-地形间非线性相互作用导致了浅水分潮M4的形成,因此线性模型对近海尤其是上述强耗散区内潮波活动的模拟还是存在着缺陷和不足。

Choi B H,1980.A tidal model of the Yellow Sea and the Eastern China Sea,Korea Ocean Research and Development Institute,Seoul.

Choi B H,2003.A synchronously coupled tide-wave-surge model of the Yellow Sea,Coast Eng,47(4):381-398.

Fang G,Yang J,1985.A two-dimensional numerical model of the tidal motions in the Bohai Sea.Chinese Journal of Oceanology and Limnology,3(2):135-152.

Fang G,2004.Empirical cotidal charts of the Bohai,Yellow,and East China Seas from 10 years of TOPEX/Poseidonaltimetry.J GEOPHYS RES-OCEANS,109(C11):C11006.

Greenberg D A,1979.A numerical model investigation of tidal phenomena in the Bay of Fundy and Gulf of Maine.MAR GEODESY,2(2):161-187.

Hao W,2003.Tidal front and the convergence of anchovy(Engraulis japonicus)eggs in the Yellow Sea.Fish Oceanogr,12(45):434-442.

Hickox R,2000.Climatology and seasonal variability of ocean fronts in the East China,Yellow and Bohai Seas from satellite SST data. Geophys Res Lett,27(18):2945-2948.

Huang D,1999.Modelling the seasonal thermal stratification and baroclinic circulation in the Bohai Sea.Cont Shelf Res,19(11): 1485-1505.

Hyun J H,1999.Tidally induced changes in bacterial growth and viability in the macrotidal Han River estuary.Yellow Sea,Estuarine Coastal Shelf Sci,48(2):143-153.

Kang S K,1998.Fine grid tidal modeling of the Yellow and East China Seas.Cont Shelf Res,18(7):739-772.

Kang S K,2002.Two-layer tidal modeling of the Yellow and East China Seas with application to seasonal variability of the M2tide.J GEOPHYS RES,107(C3):3020.

Kantha L H,1995.Barotropic tides in the global oceans from a nonlinear tidalmodelassimilatingaltimetrictides:2.Altimetricand geophysical implications J Geophys Res,100(25):309-325.

Larsen L H,1985.East China Sea tide currents.Cont Shelf Res,4(1-2):77-103.

Lee J C,K T Jung,1999.Application of eddy viscosity closure models for the M2 tide and tidal currents in the Yellow Sea and the East China Sea.Cont Shelf Res,19(4):445-475.

Lee S H,R C Beardsley,1999.Influence of stratification on residual tidal currents in the Yellow Sea.J GEOPHYS RES-OCEANS,104 (C7):15:615-679,701.

Lefevre F,2000.How can we improve a global ocean tide model at a regional scale?A test on the Yellow Sea and the East China Sea.J GEOPHYS RES,105(C4):8707-8725.

Lie H J,1989.Tidal fronts in the southeastern Hwanghae(Yellow Sea). Cont Shelf Res,9(6):527-546.

Lie H J,2002.Computation methods of major tidal currents from satellite-tracked drifter positions,with application to the Yellow and East China Seas.J GEOPHYS RES-OCEANS,107(C1): 3003.

Munk W,1997.Once again:once again-tidal friction.Prog Oceanogr,40 (1-4):7-35.

Naimie C E,2001.Seasonal Mean Circulation in the Yellow Sea-A Model-Generated Climatology.Cont Shelf Res,21(6-7):667-695.

Naimie C E,2001.Seasonal Mean Circulation in the Yellow Sea-A Model-Generated Climatology.Cont Shelf Res,21(6-7):667-695.

Prandle D,1982.The vertical structure of tidal currents.Geophysical& Astrophysical Fluid Dynamics,22(1-2):29-49.

Provost C L,F Lyard,1997.Energetics of the M2 barotropic ocean tides: an estimate of bottom friction dissipation from a hydrodynamic model.Prog Oceanogr,40(1-4):37-52.

Simpson J H,J R Hunter,1974.Fronts in the Irish Sea.Nature,250:404-406.

Taylor G I,1919.Tidal friction in the Irish Sea.Proceedings of the Royal Society of London.Series A,96(678):330-330.

Zimmerman J,1978.Topographic generation of residual circulation by oscillatory(tidal)currents.Geophysical&Astrophysical Fluid Dynamics,11(1):35-47.

吕新刚,赵昌,夏长水,等,2010.胶州湾水交换及湾口潮余流特征的数值研究.海洋学报,32(02):20-30.

王凯,方国洪,冯士,1999.渤海、黄海、东海M_2潮汐潮流的三维数值模拟.海洋学报,21(4):1-3.

王永刚,方国洪,曹德明,等,2004.渤、黄、东海潮汐的一种验潮站资料同化数值模式.海洋科学进展,15(3):253-274.

赵保仁,方国洪,曹德明,1994.渤、黄、东海潮汐潮流的数值模拟.海洋学报,13(5):1-10.

(本文编辑:袁泽轶)

Refining barotropic tide simulations for the Bohai and Yellow Seas using a hybrid data assimilation approach

SONG Jun1,2,YAO Zhi-gang2,GUO Jun-ru3,LI Jing1,4,GAO Jia1,DONG Jun-Xing1
(1.National Marine DataandInformation Service,Tianjin 300171,China;2.The Ministryof Education Key Laboratoryof Physical Oceanography,Ocean University of China,Qingdao266100,China;3.National Marine Hazard Mitigation Service,SOA,Beijing 100194, China;4.College of Marine Science,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China)

A high-resolution hybrid data assimilative(DA)modeling system is adopted to study on tidal characteristics, tidal mixing,residual currents,energy flux,dissipation and momentum term balance dynamics in the Bohai and Yellow Seas. Our solutions show together there are four amphidromic points in the Bohai and Yellow Seas.Significantly larger tidal ranges are found along the west coast of Korea Peninsula.Tidal current ellipse maps reveal an abrupt change in tidal rotation directions in the Yellow Sea around 35°N,and currents are the strongest along the west coast of Korea Peninsula,which are combined with rough and irregular bottom bathymetry,producing significant tidal mixing and energy dissipation.Momentum balance analyses on M2further confirm the complexity of tidal dynamics in this area.For most regions in our study area,the main dynamical balance is among the pressure gradient,local acceleration terms,and Coriolis force,and bottom friction and horizontal advection are smaller.But a simple linear,analytical model will not adequately reproduce tidal currents and elevations.

tidal characteristics;tidal dynamics;tidal residual circulation

P731.23

A

1001-6932(2016)05-0535-09

10.11840/j.issn.1001-6392.2016.05.008

2015-10-08;

2015-11-23

国家自然科学基金(41206013;41376014;41430963;41206004);教育部物理海洋重点实验室开放基金;2011年度高等学校博士学科点专项科研基金(20110132130001);海洋公益性行业科研专项(201205018;201005019);国家科技支撑计划项目(2014BAB12B02);天津市科技支撑计划项目(14ZCZDSF00012);国家海洋局青年科学基金重点项目(2012202;2013203;2012223);国家建设高水平大学公派研究生项目(留金出 [2008]3019; [2012]3013);国家海洋局空间遥感与应用研究重点实验室开放基金重点课题(201601003)。

宋军(1983-),男,博士,主要从事近海动力学、业务化海洋学方面的研究。

姚志刚,电子邮箱:874623647@qq.com。

猜你喜欢
分潮潮汐黄海
潮汐与战争(上)
大亚湾双峰水位的形成条件及准调和分量应用的分析
山东邻海长周期分潮对深度基准面的影响分析
东方湿地 黄海明珠
黄海简介
绝美海滩
大亚湾海域潮位“双峰”现象生成机制研究❋
潮汐式灌溉控制系统的设计及应用
神奇的潮汐
考虑内潮耗散的南海M2分潮伴随同化数值模拟