1、第4 5卷 第1期2 0 2 3年 2月海 洋 湖 沼 通 报T r a n s a c t i o n so fO c e a n o l o g ya n dL i m n o l o g yV o l.4 5 1F e b.,2 0 2 3丁字湾近岸海域潮汐、潮流和余流特征研究曹雪峰1,陈兆林1*,于洁雯2,史文奇1,张 冲1,文 武1(1.国家海洋环境监测中心,辽宁 大连1 1 6 0 2 3;2.大连指南针海洋工程咨询有限公司,辽宁 大连1 1 6 0 2 3)摘 要:利用丁字湾近岸海域2 0 2 1年的最新观测资料,研究了潮汐、潮流和余流的基本特征和变化规律。得出如下结论:潮汐为正
2、规半日潮,最大潮差4 0 5c m,最小潮差6 9c m,平均潮差2 4 8c m,涨潮历时小于落潮历时。潮流为规则半日浅海潮流,最大涨潮流流速为6 7c m/s,最大落潮流流速为7 2c m/s。涨潮流历时小于落潮流历时。垂向来看,表层流速最大,中层次之,底层最小。海流的旋转谱分析的结果显示M2分潮的谱峰值最高,运动形式为逆时针旋转流。余流,整体余流流速小于1 0c m/s,表层余流最大,中层次之,底层最小。观测期间,长周期的风向和余流流向相反,因此风不是余流的控制因素。关键词:丁字湾;潮汐;潮流;余流;调和分析中图分类号:P 7 3 3 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 3-6 4 8
3、 2(2 0 2 3)0 1-0 7 4-0 8D O I:1 0.1 3 9 8 4/j.c n k i.c n 3 7-1 1 4 1.2 0 2 3.0 1.0 1 1引 言丁字湾位于山东半岛南部沿海,濒临青岛市(即墨)和烟台市(海阳、莱阳)两地三市,外通黄海,因呈“丁”字而得名,是山东省重要的养殖基地,具体位置见图1。2 1世纪以年来由于沿岸经济的迅速发展,水产养殖产业也从浅海滩涂向深远海、底层拓展养殖空间,丁字湾海域是山东半岛重要的海珍品底播增殖区和滩涂牡蛎养殖区1。相比于其他近岸海域,荣成海域2、上海海域3、粤西阳江海域4、广东红海湾海域5等,丁字湾海域的历史研究成果较少,且时间较
4、早。丁字湾的潮汐主要受海州湾外半日无潮点(3 4 5 0 N,1 2 1 4 0 E)的控制,黄海中部无潮点(3 4 1 0 N,1 2 1 0 5 E)对其也有一定影响6-8。有些学者对丁字湾海域的水文环境特征开展了研究工作。陈聚法等(1 9 9 7)依据丁字湾水文观测资料发现该湾潮汐类型为半日潮、潮流类型为正规半日潮流,以往复流运动为主,湾口最大流速达9 3c m/s9。为了研究丁字湾海域的对虾养殖和水环境污染问题,周诗赉等(1 9 9 6)和孙英兰等(2 0 0 3)利用实测资料和数值模式对海湾的自净能力进行了研究1 0-1 1。娄安刚等(2 0 1 2)和郑嫣如(2 0 1 3)利用M
5、 I K E 2 1数值模拟分析了丁字湾岸线变化对水动力及纳潮量的影响1 2-1 3。截至目前,丁字湾海域的岸线、地形等均有了较大的变化。因此,本文利用最新海洋调查观测资料,研究丁字湾海域的潮汐、潮流和海流特征,对于丁字湾海域的海岸工程、海岸修复、水产养殖和海洋生态环境保护具有重要意义。1 数据来源调查站位于山东省青岛市丁字湾近岸海域(图1黑色五星处)。该站位于丁字湾口门外海域,平均水深1 1.6m。观测仪器、采样间隔和观测时间见表1。潮位和海流数据均作了剔除异常值处理,另外考虑到旁瓣效应和接收器的共振效应,海流数据的表层为水下1m,底层为距离海底1.5m,中层为表、底层中间的位置。基金项目:
6、辽宁省博士科研启动基金计划项目(2 0 1 9-B S-0 9 2)第一作者简介:曹雪峰(1 9 9 1),男,高级工程师,主要从事物理海洋学研究。E-m a i l:c a o x u e f e n g s d 1 6 3.c o m*通信作者:陈兆林(1 9 8 1),男,正高级工程师,主要从事海洋学研究。E-m a i l:z l c h e n n m e m c.o r g.c n 收稿日期:2 0 2 2-0 8-2 21期丁字湾近岸海域潮汐、潮流和余流特征研究7 5 图1 丁字湾海域地形图。等值线为水深,单位:mF i g.1 T o p o g r a p h yo f t
7、h eD i n g z iB a y.C o n t o u r s i n d i c a t ei s o b a t h s i nm e t e r s2 结果与讨论2.1 潮位特征对观测期间的潮位观测数据进行统计计算,分析获得观测海域的潮位特征值,参考基面为国家1 9 8 5高程,见表2。观测期间的海域最高潮位2 3 6c m,最低潮位-2 2 7c m,最大潮差4 0 5c m,最小潮差6 9c m,平均潮差2 4 8c m,平均涨潮历时5h3 6m i n,平均落潮历时6h4 9m i n,涨潮历时小于落潮历时,相差1h1 3m i n。基于最小二乘法原理,利用P a w l
8、o w i c z等(2 0 0 2)1 4的T_T I D E调和分析程序对潮位观测数据进行潮汐调和分析,获得1 2个分潮的振幅和迟角及对应误差,详细计算结果见表3,计算结果与陈达熙(1 9 9 2)、F a n g等(2 0 0 4)的计算值基本一致1 5-1 6。半日潮最大振幅M2要比全日潮最大振幅K1大9 5.2c m。根据潮汐性质的判别系数为0.3 9,因此丁字湾近岸海域的潮汐类型为正规半日潮。表1 观测站的观测要素T a b l e1 M a j o rm e a s u r e m e n tp a r a m e t e r sa to b s e r v a t i o ns
9、 i t e观测要素观测起止时间采样间隔观测仪器准确度潮位2 0 2 1/0 4/2 92 0 2 1/1 2/3 05m i nT D压力式水位测量仪0.1c m流速、流向2 0 2 1/0 4/2 92 0 2 1/0 8/0 81hAWA C声学多普勒海流剖面仪0.1 5c m/s表2 潮位特征值(1 9 8 5高程)T a b l e2 T y p i c a l v a l u eo f t i d e l e v e l(1 9 8 5N a t i o n a l e l e v a t i o n)特征要素特征值最高潮位2 3 6c m平均高潮高1 4 3c m最低潮位-2 2
10、 7c m平均低潮高-1 0 5c m最大潮差4 0 5c m最小潮差6 9c m平均潮差2 4 8c m平均涨潮历时0 5:3 6平均落潮历时0 6:4 9资料时间2 0 2 1/0 4/2 92 0 2 1/1 2/3 0潮位基准面国家1 9 8 5高程表3 观测站位潮汐调和常数T a b l e3 T i d a lh a r m o n i cc o n s t a n t sa to b s e r v a t i o ns i t e分潮频率(h-1)振幅(c m)振幅误差(c m)迟角()迟角误差()S S A0.0 0 02 2 821 6.96.33 0 92 1Q10.0
11、3 72 1 853.60.72 4 31 1O10.0 3 87 3 072 0.90.62 7 92P10.0 4 15 5 267.10.73 1 97K10.0 4 17 8 072 5.70.73 3 92N20.0 7 89 9 922 3.50.87 12M20.0 8 05 1 141 2 0.90.99 40S20.0 8 33 3 334 1.20.81 3 61K20.0 8 35 6 151 1.40.71 3 14M40.1 6 10 2 288.20.61 1 54M S40.1 6 38 4 476.30.51 7 75M60.2 4 15 3 421.30.37
12、 81 32.2 涨落潮流特征海流观测数据的观测时间为2 0 2 1/0 4/2 92 0 2 1/0 8/0 8,为了比较不同月份的海流差别,本文对2 0 2 17 6 海 洋 湖 沼 通 报2023年年5月至7月的整月数据进行统计分析,绘制了不同月份垂线平均的海流玫瑰图。具体各站位各层的海流统计结果见表4。陈聚法等(1 9 9 7)在丁字湾湾口处的三个观测点的涨落潮流最大流速量值为6 19 3c m/s9,本文的观测点更靠外海一些,潮流流速小于丁字湾湾口处的流速,这是合理的。根据典型大潮期潮汐和潮流之间的关系(图2),可以得知,观测海域的涨潮流为偏西向,落潮流为偏东向。根据海流玫瑰图(图3
13、)可以得到,涨潮流小于落潮流,5月份的平均涨落潮流流速分别为2 6.9c m/s和2 8.9c m/s,6月份的平均涨落潮流流速分别为2 5.7c m/s和2 7.6c m/s,7月份的平均涨落潮流流速分别为2 4.5c m/s和2 8.3c m/s。5月份,最大涨潮流流速为6 7c m/s,最大落潮流流速为7 2c m/s;6月份,最大涨潮流流速为5 7c m/s,最大落潮流流速为5 3c m/s;7月份,最大涨潮流流速为5 1c m/s,最大落潮流流速为5 5c m/s。不同月份间横向比较来看,涨落潮流月最大流速,5月份最大,6月和7月较小;涨落潮流月平均流速,5月略大,6月和7月略小,整
14、体相差不大。涨落潮流历时,平均涨潮流历时6h1 2m i n,平均落潮流历时6h3 8m i n,涨潮流历时小于落潮流历时,相差2 6m i n。表4 观测站位不同月份各层实测涨、落潮流统计T a b l e4 S t a t i s t i c so f t h er i s i n ga n df a l l i n gc u r r e n t i nd i f f e r e n tm o n t h sa t t h eo b s e r v a t i o ns t a t i o n层次2 0 2 1年5月2 0 2 1年6月2 0 2 1年7月涨潮流落潮流涨潮流落潮流涨潮流落潮
15、流流速范围平均流速流速范围平均流速流速范围平均流速流速范围平均流速流速范围平均流速流速范围平均流速表层56 72 8.727 23 0.965 72 7.645 32 9.845 12 4.735 52 9.5中层16 72 7.876 63 0.435 22 7.255 22 9.525 02 5.235 42 9.1底层26 02 4.525 22 5.124 12 4.244 52 5.114 32 3.325 52 7.5平均46 72 6.926 62 8.975 12 5.744 92 7.654 72 4.545 22 8.3时间 0 6:1 4 0 6:3 6 0 6:1 2
16、0 6:4 0 0 6:1 1 0 6:3 9 注:表中流速单位为:c m/s。图2 观测期典型大潮期潮位和潮流的关系F i g.2 t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt i d ea n dt i d a lc u r r e n t i nt h ep e r i o do f t y p i c a l s p r i n gt i d e2.3 潮流性质为了了解该海域的潮流变化特征,对观测站位的三层海流数据进行潮流调和分析。利用P a w l o w i c z等(2 0 0 2)1 0的T_T I D E调和分析程序对3个多月的观测海流数据进行调和分析,获取主要的潮流椭圆参数如表5。潮流性质判别系数计算公式为:F=(O1+K1)/M2(1)式中,WO1、WK1、WM2分别为主太阴日分潮流、太阴太阳赤纬日分潮流和主太阴半日分潮流的椭圆长半轴长度(c m/s)。当F0.5时为规则半日潮流;当0.5F2.0时为不规则半日潮流;当2.04.0时为规则全日潮流。观测点的表中底三层判别系数范围为0.2 20.2 4,均小于0.5,丁字湾近岸