东中国海潮汐数值计算.pdf

第卷第期 年月 山东海洋学院学报 东中国海潮汐数 值计算 沈育疆 物理 每洋学系 东 中国海作为太 平洋的边 缘 海 它的 潮 差大 潮汐 类型复 杂 过 去研究不多 安希沫 等人曾对黄渤海潮汐 做 过数值研究 小 一仓 伸吉 曾用等高线法 作 等潮 图研 究 过东 中国 海的 潮汐 本 文首次对 整个东 中国海潮汐做 数 位计 算 旨在探索协振潮波的传播和潮汐 分 布的总规律 计 算结果与实际资料荃本符合 一 潮波方程的数值计算 潮波运动方程 边缘 海协振潮波运动方 程和连续方程根据 取为 户 护 己 仁 犷 一 一 一 尸 飞 鱿 一 二 一吕 时一 尸 犷 叹 几 丹 式中 一铅 直 平均潮流 分 速七一未扰动 面 上的 潮位 甲一 参 量一底摩擦阻力系量一海深 一平面直角座标 轴 分 别指东和指北 将方 程组中未知函数 表为时间的 调 和函数 消去变量 得到潮位振动方 程式 器器 十 刹圣卜 一 箭 一 一 仁仁 十万毛 人二 三一 一 一 石二一 一下丁尸 人 五 取 步 长为的方形 格网海区 以中心差 商代替式 中的微商 得到某计算点上潮位 与四邻点潮位关 系的代数计算式 在已知边界潮 位 条件 一下按 式逐汽迭代计算直 至收敛 根据已知的潮位梯度 计算潮流分速的 公式为 几 一 勺 一义 入 七 己仁 奇一十 一杯一 互 期东中国海潮汐数 值计 算 鱿 二二 万尸一万叮一丁下丁万龟 一二一 一 八 以 人 乙 卫呈 有关资料和物理量的选取 自然边界的潮位由英 国潮汐表的四个主要分潮的潮汐调 和常数 计算 零时 和 告周期时 刻的潮 位 作为边界值 专用 迟角统一 换算至东八时 分 潮角速率 甄 又 一 秒一 口 一 秒一 一 秒 刁 一 一 秒 刁 参量 甲 渤海中央纬度 取甲一 东海 黄海 中央纬度取 甲 格网步长在渤海取 一 月米 在东黄海取米 重 力加速度米秒气 格点深度取格点四个邻近方 格平均深度的平均值 底摩 擦阻力 系量取与最大流速成正比 与 海深成反比 按给 出 的 表查 出其 中最大流速系取在时计算的合成流速的模 深度大于米时 认 为底 摩擦影响可以忽略 二 东中国海潮波传播和分布 潮波传播 东中国 海的潮波主要 是 太 平洋潮波经 台湾 和九洲之间的水道传 入的协振潮 由天体 引潮力直接产 生的强迫潮很小 根据日本安希沫的计 算 强迫潮在黄海只占肠 计 算结果和实际 资料均表明 东中国海以半日潮为主 只个别海区小范围出现全日 潮 因此 本文侧重讨 论太阴主 要半日潮波的运动 而对其它分潮 只给 出等潮图 太平洋半日潮波传 入后 大部分以前进波形式通 过东海传 向黄海一部分在基 隆附 近形成 退化旋转潮 波 系统 左旋进 入 台湾海峡 进入黄 渤 海的半日潮波形成四个无 潮点 全日潮波 在黄 渤 海 有二个无潮点这些旋转潮 波 系统是 潮波在海区的运动 中形 成的 最终又决定着 海区潮汐 潮 流的类型和分 布规律 计 算结 果与实际资料基本符 合现将本文计算的 和 分潮无潮点位置与前人的 结果对比 列于表中 由 东 中国 海等潮图附图一可知 半日和全日潮 波旋转潮波系统的 同潮时线 都是 左 旋反时 针 向的 在浅 水的黄 渤 海里 长前进潮波在传 播 过程 中 因受摩擦 影响而 消耗 能 量 反射 波的振幅比入射 波小 所以不会发生全反射根据在北半球地球 自转效应形成左旋潮波 系统这一普遍规律 判 定东 中国海的无潮点主要是 由于地 球自转而 产生的 前进的半日潮 波 由东海传 入后 分别在山东半岛和北黄海顶岸发生反 射 在地 转效 应影响下 入射的波水位向右方递增 水质点速度 也是右方增 强 既然因摩擦不发生全反射 湾顶刚壁上又不能 有纵 向流动 那末势必 出现沿 顶壁向左的 山东海洋学院学报 年 国 闰 国 闰 寸闰 嘴闰 叭嘴 之 的么 用 帕 么的 铡翅戒键识 袋书 二 取 泰 闰闰国闰闰 八 匀 叫 问 门门 匀 闷闷闷闷 叫 钾月 叫 叫 之之之之之 卜卜刃 勺门 门 门 门气汾 汾 口 门 叹竹 竹 尸尸 勺岁岁 横 向分速这样 由于二个反 向 波迭加形成湾内左旋北半球的旋转 潮波 系统由此推论 渤 海的旋 转潮波 系 统也是 由地转效 应产生的这样的合成 波有人由其成 因称作 为前进 一 驻波 黄 渤 海的无潮点都偏向西海岸是 受底摩擦的 影响理论上已经证 明 长方 形 海湾的无潮点 在无摩擦时 位于中臾轴 线上在摩 擦 影响下移 向入射波 前进方 向的左侧 黄 渤海无潮点左移 说明在研究本海区潮波 运动时摩擦因子 是 极为重要的 东中国海湘汐分布 东海潮汐太平洋半日潮 波 在琉 球群岛几乎以平顶前 进 波传入 东 海 它 的 同潮时线和等 振 福 线 接 近 平 行岛 辣由 附 图一可知 半日潮波和分 别以时和姐时 同 潮时线平行琉球 群 岛在 台湾东侧 潮波砚时 同潮 时线以南北走 向 紧靠 台湾 岛于 是在 台湾和冲绳之间传入的 半日潮波 向西北传向浙江三门湾在温 洲和舟 之间 波峰线突出 在三门 湾 最先发生高潮 因海岸反射 在这里 形 成潮能集中 波振幅激增 的波腹区 在 浙江沿岸 自南韭山至南魔山约二个纬 度的范围内出现潮 差大平均大潮差达 米 几乎同时发生高潮高潮 间 隙时 差不 超过半小时的特殊潮汐区 值 得注意的是 确认台湾基 隆附近 存在一个半日潮波 退化旋转潮波 系统 对分析东海潮波传播过程会是有意义 的如 前所述 窄摔效应越强 潮波振幅 向前汽戒越决 反十波 也 随若远 离海岸 而 更加减弱 反射波与入射 波 水位高度 相同而符 号相反的点左偏化半球的 期东中国海潮 汐数值计 算 幅度 就 越大 当潮波传播方向左侧有陆地 或 大岛时 无潮点可偏移在陆 地 或 大 岛 上 海 中 只有无 潮点 右侧的半壁 系统 台湾基隆附近的半日潮波左旋 系统是因为闽浙 曲折 海岸海湾或岛屿向东南的 弱漫反射波与强入射波迭加构成这样的 退化旋转潮 波系统 浙江温州近 海是 该 系统的波腹所在 而台湾 岛北端及台湾海 峡北口是 它的节 一线 位 置 这样分析 东海半日潮波传 播 过程 我 们会清 楚地看 到 半日潮波在三门湾附近达到 高潮 后 分南 北二支 在 此辐 散 北支即向东北的主要反射波 与冲绳一九洲传进的半日 潮波结合 组 成传向黄海的前进波 其中小部分经对马海峡传 向日本海 南支汇入基隆 退化旋转潮波系统 左旋进入台湾海峡 东海的 潮差 分布十分有规律 东面 小 西面大 琉球群岛的 潮汐纯 属大 洋性质 潮 差小 平均大潮差 仅约米 小潮差只有米 闽浙沿海则是我 国最大潮 差区所 在 地 最大可能潮差 均在米以上附图 此处等振 幅线密集 半日最大流速可达 下 黄海潮 汐东悔半日潮 波以前进 波性质传进黄海后 形 成二个复杂的旋转潮波系 统 控制着 整个海区的潮汐类型和分布规律 黄海二个半日无潮 点偏 向中国海 岸一侧 导致山国沿海潮 差小 朝鲜西海 岸潮 鉴大 的分布特点 例如 平均大潮差 在大连为米 青岛为米 连云港为米而 朝 鲜 侮岸的席 岛为 米 大延 平岛为米 仁川为米 黄海的潮时变 化也因为二个旋转潮波系统左旋而有明显的规律 在中国近海 半日 旋转潮波同潮时 线 由北向南 发生高潮的时间北 自鸭绿江口 南 至苏 北海岸依次推退 在朝鲜西海 岸正相反 波 峰线由南向北传播 高潮 到达时 间南 自济州 岛 北至鸭 绿江口 依次推迟 有一点 要 引起 注意 在 江苏北岸连云港以南 半日旋转潮波的波峰线 由北向南传 而长江 口北海岸半日潮 波仍 属东海传来的前进 波 二个相反方 向运动的 潮波约在吕泅和 射阳河口之 间的近海辐合 形成 当地潮差 增大和同时发生高潮的波腹区 此处潮流变 化 将因二波相遇而 更 趋复杂 仁 川湾是世 界海 洋 著名的最大潮差港 湾之一 计算的最大可能潮差 达米半日 潮流最大速度在湾 口以外达 节 基本上反映了该湾潮差大的特点 渤海潮汐渤 海 只靠 渤海海峡输入潮 波 以维持其稳定的潮 波运动 半日潮波进入 侮峡后 分二支 分 别传向辽东湾和渤海湾 在那 里 由地 球 自转作用产生 各 自的左旋潮 波系统附图和 计算的渤海分潮的无潮点位置列于表中 渤海 潮差在辽东湾和渤海 湾顶部最大 平均大潮差在 营口为米 在塘沽为米 秦皇岛和龙 口是我国潮差最小的通航海港 平均潮差 只有米和米由于潮差小 二港的水位天文潮属性弱 受 气象条 件影响的非周期水位属性相对地增 强 全日潮东由国海全日潮弱 海区平均振幅只约厘米 最大振幅在 北黄海顶岸为 厘米 在辽东 湾顶为匡米 全日于陇波 通过冲绳与九洲间的水道 传入东海 后 小娜分 朝 台湾海 峡方向传播大部 分进 入黄 渤海 在地转效应和摩擦效应影响下照例形成左 山东 洋学院学报年 旋 潮波 系统 并偏向入时波 前进的左方 二个全 潮波无潮点 分别位于南 黄海 中部和渤 海海峡 莲 莱外海 乞们 的地理 位置已列于表中 潮汐类型 东国洁岸和外 海的 潮汐 类卫 多数属 二几 华日溯 只少数 海区的不大范围出现全日 勿 海阿潮汐 类型 灼 分布 完全决定于半口潮和全潮 无潮点位置的配 置附 图 东每 朝汐 类型指标值 全都 于 整 而 海区属半日潮 一 的等值 线与中国基 隆一朝鲜 珍岛连线十分接近 在 连线的中国大陆一 侧 均 属 正 规半日潮型实测 资料表明在浙江定海 附近及镇海至穿山一带属不 正规半日潮 而连 线的琉 球群岛 九洲一侧 则属于 不 正规 半日潮 型 黄海 里 大多数海岸和外海属正规半日潮 型在海州湾外海以半日无潮点为心 约 涅为 半径的小范围 出现不正 规 半日潮在 成山头近岸的半日无潮点 附近有半径 只约 涅的极小范围的 正规全日潮区 其周围有不正规全日潮和不 正规半日潮环带 包 围着黄 海 沿岸 除成山头和长串鼻邻近 出 现不正规半日潮外 余皆为正规半日潮型 渤海 虽小 潮汐类型最为 复 杂在 渤海海峡蓬莱近海是全日潮无潮点所在 地 周围 有正规半日潮类型秦皇岛近海是半口无潮点所在地 在海岸及其 邻近 有一小范围的正 规 全日潮 区 周 围由不正规全日潮 包围着在黄河口外海的半日无潮点周 围有小块不正 规个潮区 渤海的绝大 多数 海 岸和外海 均属不正规半日潮型 溯流分布 由式可知 水平潮 流分 速与潮位水 平梯度 成正比于 是 在 那 些 潮 差急骤增 长 潮位等振 幅 线 密集的海岸 附近和海湾 里 潮流 速度强对 照等潮 图附 图和 朝流肺园图附 图可 知 在 东中国海分潮流速在闽 浙近海达厘米秒 仁 川 志 外 琢达 厘米秒 化黄海 顶 部达厘米秒 辽东湾达厘米秒 理论已证明 若潮波为 前进波 在无 摩 擦条件下 潮流椭园长轴方 向与潮波传 播方 向一致 即长轴方向与波峰线垂直 在摩 擦影 响 一 椭园长轴 稍 向右偏潮 波为 旋转波时 波峰线绕 无潮 点 旋转 向前 椭 园长轴 也 人致保 持与之垂直 只是 长轴所 表示的最大流速发生的时 间因具 有某些驻 波州 一 质而比最高水 位钊提 前 由附图 一可见 计算的朝流肪园长轴分布与上 述潮被传 播方 向是 相对应的在东海 半日 之 万波 以了进 入射 波性质犷浙 一 二海 传播 的椭园长轴也相应地指 向西比在 台 湾海峡北口 长轴也顺 汾左 旋的 退 化旋 期东中国海潮汐数值计算 转潮波系统 逐渐 向海峡方 向偏转 但在温州外海潮 流椭园长轴方 向仍 指 向西 北 未 得到长轴 应与海 岸平行并指 向西 南的结果 在黄 渤海 里 潮流椭园长轴也 随同潮时 浅 左旋而逐渐 向左偏转 这在山东半岛南面表现更为明显 在南黄海 的东半部 半日潮波 为 前进波性质 潮流椭园长轴与之对应 短轴小 长轴指 向潮波传播方向 在南黄海 中央 约在 周围 我 们可在附图上发现一个往复流性质的 潮 流区在此 区西 面是南黄海的左 旋潮 波系统 长轴方向逐渐 向左偏转在此区东面是 向北黄海传播 的 前进波 涨潮 流 向北 偏东 又有 向仁川湾即向右偏转的趋势 在 二股分 别 左 右偏转的 流动中央夹 着往复 流是可能的 南黄海中央存在往复流得到实际资料的 证实 在潮 流椭园图上还可看到 西从渤海湾东至成山头一线上存 在着潮 流强一弱一强 一弱一强的特殊地理 分 布规 律 渤海湾等振幅线 密 潮流强成山头近 海是半日无溯 点所在地 又是开阔的南黄海潮 波在此绕转的位置 潮流挤在狭窄的近岸带 内 潮流速 度强 从半日等潮图附图一上发现成山头和黄河 口外二无潮 点之 间潮位等振幅线 稀 疏是 波 腹所在 潮 位水平梯度 小 应是一片弱潮 流区 但是 渤海海峡的地理形势足 使海 峡本身的 流速 增 强 从而 将这大 片的 弱流区劈成东 西二部分 这 样 便 沟 成北 方航道上潮 流分布的 著名的三个强潮 流区 本文承陈宗铺和余宙文 同志审阅并 提出 宝贵意见 上海计算所 赵鹿轩 成安生 高 毓乾同志先后协助在机和机上执行计算 孙文心和陈名娟 同志 曾帮助计算 曲秉裕和张增辉同志帮助