东中国海潮流三维数值模拟与分析
庄桦
摘 要：本文建立了东中国海潮波三维数值模型，根据模拟结果得到该海域表层、中层、底层的半日分潮流M2和全日分潮流K1分布场以及潮流类型分布图，并对潮流的垂直结构特征进行了分析。
关键词：东中国海 潮流类型 垂直变化
潮波包括潮汐和潮流，指海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动，习惯上把海面垂直方向涨落称为潮汐，而水平方向的海水流动称为潮流。潮流是是海水的基本运动之一，也是海洋动力学研究的重要组成部分。研究和探讨潮流的基本特征、分布规律有着极其重要的意义。
模型建立
模式的计算区域为117°30′（E ～ 131°E，24°30′（N ～ 41°N，包括渤海、黄海、东海、东海陆架坡、琉球以东西北太平洋和部分日本海，开边界选取如图1所示。
研究区域的地形资料，包括来自NOAA的全球地形资料，长江口、江苏北部沿海、渤海的海图资料。开边界处采用松本国家天文台的海洋潮汐预报模式NAOTIDE提供的水位数据，水位、流速验证采用2008年潮汐表的潮汐和潮流数据。
采用ECOMSED模式，网格水平分辨率为1′×1′，垂向在？滓坐标下分三层。
主要研究天文潮及其传播变形的模拟，因此采用正压模型，温度和盐度为常数，亦不考虑风场和海气交换等因素，故表面热通量、盐通量、风应力分别赋为零值。
经过反复试算调试，90个站点的水位和18个站点的流速、流向验证，所得计算结果较为满意。
潮流垂直结构特征
1、分潮流椭圆的垂直变化
这里以M2、K1分潮流为例，研究分潮流最大流速及方向、椭圆率随水深的垂直变化，图2—图7为表层、中层、底层M2、K1分潮流椭圆图。
从图2可以看出M2分潮流强潮流区在朝鲜西海岸，最大潮流速超过1.0m/s。渤海海峡东侧、莱州湾沿岸、东海东南部的比较弱。M2分潮流的主轴方向与潮波传播的方向一致，潮流主轴在东海为东南向西北，进入黄海后慢慢转为南北方向。台湾海峡、对马海峡、济州海峡、渤海海峡，潮流主轴与海峡走向一致，在渤海湾、辽东湾、莱州湾、朝鲜半岛西岸的海湾，潮流主轴与海湾中轴线基本平行，在这些海域，潮流椭圆扁平，为往复流或具有明显往复流的性质。在台湾海峡以北的东海南部海域、黄海中部海域也存在往复流，而在长江口外至朝鲜半岛之间的广阔海域，流速大，旋转性强。
从图3来看，在台湾海峡、杭州湾、朝鲜半岛西海岸、渤海海峡、渤海湾海域，全日潮流椭圆率最小，为往复流。东海中部的椭圆最接近于圆，潮流旋转性强。K1分潮流最大流速出现在渤海海峡和对马海峡，而东海的较弱。
对比可以看出，最大流速的量值随深度而减小，全日潮流的变化较半日潮流快得多。从表层到中层，半日分潮流最大流速在一些海域变化比较快，变化大的约20-30%，有些海域基本不变，而全日分潮流流速则普遍减小了60-70%左右。
半日分潮流最大流速方向从表层到底层有偏转现象，在大部分海域，偏角很小，在东海中部基本不变，但在朝鲜半岛西南端与济州岛附近海域，方向变化很大，达到80°左右。全日分潮流在整个海域，最大流速方向都基本不变，只在北黄海中南部、济州岛附近、对马海峡有很小的偏转。
对比表层与中层的椭圆图，在北黄海和渤海北部，潮流椭圆的长轴比短轴减小的比较快，而有些地方短轴还增大了，故椭圆率明显变大。其他海域则变化不明显，但有增大的趋势。
2、潮流性质垂直变化
与潮汐分类的方法类似，潮流依据变化情况分为规则半日潮流、不规则半日潮流、不规则日潮流和规则日潮流4种潮流类型。
判断依据公式 ，其中，W是分潮流的平均最大流速。
图8—图10为表层、中层、底层潮流类型图，图中等值线0-0.5之间的区域为规则半日潮流，0.5-2.0为不规则半日潮流，2.0-4.0为不规则日潮流，4.0以上为规则日潮流。对比可见，在东海外海和黄海中部区域，表层为不规则半日潮流，变为中层的规则半日潮流，有的地区（如烟台东北方的海域）表、中两层的不规则日潮流的分布范围不太一致，也就是说该处存在一区域，表层为不规则日潮流，变至底层为不规则半日潮流。底层相对中层而言，规则半日潮流的区域范围更大一些。
造成潮流性质垂直变化的原因，是日潮流最大流速（WK1+WO1）的垂直变化大于半日潮流最大流速（WM2）的垂直变化所引起的。也有的垂直变化更为显著，表层为不规则日潮流变到底层为规则半日潮流。
结束语
根据理论分析，无论半日潮流或全日潮流，分潮流的椭圆率均随着接近海底而增加，而比较模拟结果发现椭圆率的变化确实如此。随着水深的增加，潮流速发生不同程度的改变，包括流速大小、流速方向、旋转方向，全日潮流最大流速的垂直变化大于半日潮流最大流速的垂直变化，使得潮流类型随之发生改变。（作者单位：国家海洋局南海预报中心）
