北部湾潮汐潮流的三维数值模拟

1、第 23卷 第 2期 海 洋 学 报 Vol. 23, No. 2 2001-03ACTA OCEANOLO GICA SIN ICA March , 20011, 山东 青岛 266061摘要 :POM 三维水动力模式 , 采用细网 格 , 考虑 6个岛屿 、 海底摩擦系数进行划片取值 , 模拟北部湾潮汐潮流 . 所得潮汐调 和常数与 81个实测站比较 , 绝对平均误差 :K 1分潮振幅为 416cm , 迟角为 9°O 1分 潮振幅为 516cm , 迟角为 7°M 2分潮振幅为 612cm , 迟角为 15°. 由模拟结果分析出 该海区潮汐 、 潮流 、 余

2、水位和潮余流 , 以及水平速度垂直分布等特征 .关键词 :北部湾 ; 潮汐潮流 ; POM中图分类号 :P72217; P731123 文献标识码 :A 文章编号 :0253-4193(2001 02-0001-08 1 引言20世纪 60年代初 , 中国和越南曾经合作对北部湾潮汐和潮流进行观测和分析 1 . 郑文 振 、 方国洪等在 1964和 1965年最早对北部湾的潮汐潮流进行系统研究 1. 对北部湾潮汐潮 流的数值研究已有 30多年历史 , 但多数研究将其作为整个南海的一个组成部分 . 专门对北部 湾潮汐潮流进行研究始于周朦和方国洪 . 曹德明和方国洪用有限差分法模拟北部湾 m 1和

3、M 2分潮的潮汐潮流 2. 他们采用的均为二维模式 . 夏华永等依经 Sigma 坐标变换的三维非线性 潮波 Navier -Stokes 方程 , 用分裂算子法对北部湾 K 1和 M 2分潮进行三维潮流数值模拟 3. 笔者认为基于二阶湍流闭合模型计算涡动粘性系数的 POM 三维水动力模式能够获得更好的 结果 . 与以往北部湾潮汐潮流数值模拟相比 , 本文有以下不同与改进 :(1 把东开边界选在 111°12 E ; (2 选用 3 ×3 细网格 . 在模拟范围内 , 除海南岛外 , 另考虑了涠洲岛等大小 5个岛 屿 ; (3 对海底摩擦系数进行划片取值 ; (4 开边界潮

4、位输入为 O 1+K 1+M 2; (5 收集了 81个 潮汐观测站资料 .2 计算海区及数值模式计算海区为整个北部湾 , 范围为 16°00 21°54 N ,105°36 111°12 E. 东边界在 111°12收稿日期 :1999-12-26; 修订日期 :2000-05-08.基金项目 :广西壮族自治区资助项目 (9734 .作者简介 :孙洪亮 (1943 , 男 , 山东省潍坊市人 , 副研究员 , 现主要从事物理海洋学研究 .1 中越北部湾海洋综合调查报告 .E , 以便把琼州海峡和海南岛都包括在模拟范围之内 , 体现海南岛四面环

5、水 , 北部湾与外海充 分贯通的真实环境 . 水平细网格间距为 3 ×3 , 在模拟范围内 , 除海南岛外 , 另外考虑了涠洲 岛等大小 5个岛屿 , 以更精确地描绘海岸线形状和岛屿分布 . 垂向分 7个 层 , 用 1,4,7层分 别代表表 、 中 、 底层 . 采用 1997年版 POM. 北部湾水深大部分在 100m 以内 ,100m 变深至 1000m 的海底陡坡 , 最深达 1800m (1 .表 1序号 站名 北 纬 经1|/ H |/cm |g |/(°M 2|H |/cm |g |/(°续表 1序号 站名 北 纬 东 经K 1|H |/cm |g

6、|/(°O 1|H |/cm |g |/(°M 2|H |/cm |g |/(°选取不仅影响潮流的大小和方向 , 而且会影响无潮点的位置 . 我们对摩擦系数采用按水深划片取值的方法 , 即水深 H 深于 200m 取 010016, 其他由函数 (216-H /200 ×10-3取值 , 效果 很理想 . 开边界条件给定 O 1+K 1+M 2潮位的第一类边界条件 , 从而考虑了 3个分潮之间的 非线性相互作用 .3 计算结果与实测值的比较计算进入稳定状态后 (v cm/s 和 011cm , 继 续进行 45d , 进而计 、 ., 并对计算结果进行严

7、格考证 , 我们在北部湾共收集了 81个潮汐观测站资料 , 其中环海南岛 38个 , 越南沿岸 22个 , 涠洲岛 1个 , 其他分布在广西和雷州半岛沿岸 . 计算和实测潮汐调和常数的比较结果见表 1. 从表 1可见 , 绝对平均误差 K 1分潮振幅 416cm , 迟角 9°O 1分潮振幅 516cm , 迟角 7°M 2分潮振幅 612cm , 迟角 15°. 须指 出的是 , 该比较结果是在潮汐实测站个数为文献 3的 10倍 , 为文献 2的 4倍的条件下得出 的 , 因而更具有代表性和实际性. 图 1 北部湾海底地形 (单位 :m图 2 潮汐性质分布图4

8、潮汐潮流的基本特征411 潮汐计算结果表明 , 北部湾整个海区 , 除雷州半岛以东和顺化附近的小范围属于不正规半日潮 外 , 其他均为不正规全日潮和正规全日潮 ; 海防附近属于典型的正规全日潮 (图 2 . 图 3至图 5分别是 O 1、 K 1和 M 2分潮的同潮图 . 图中的等振幅线和等迟角线显示出潮波传播的一些特征 , 这里不再赘述 . 特别需要指出的是 , 我们给出了 O 1分潮和 K 1分潮在越南沿岸无潮点的确 切位置 , 即在顺化东侧存在一个 O 1分潮无潮点 , 在西侧存在一个 K 1分潮无潮点 . 我们注意到 , K 1分潮无潮点位置与夏华永等 3及全国海洋综合调查报告的结果 2 存在差异 , 但离该无 潮点最近的 3个观测点调和常数计算值与观测值惊人的相近 (绝对平均误差 , 顺化振幅 1cm ,迟角 2°Chumai 振幅 5cm , 迟角 1° 岘港振幅 1cm , 迟角 3°, 说明我们计算的无潮点位置更合 理 , 这有待于今后进一步证实 . M 2 分潮在海防稍北有一个退化无潮点 , 2和夏 华永等 3的结论基本一致 .2 管秉贤 , 陈上及 . 全国海洋综合调查报告 , 第五册 , 附图 ,1964.图 3 O 1分潮同潮图实线表示迟角 单位 : (°, 虚线表示振幅 (单位