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渤海潮流、潮能通量和耗散的数值模拟

孟云;谢蓉

【摘要】基于渤海必威体育精装版岸线地形数据,利用有限体积近岸海洋模型(Finite-Volume

CoastalOceonModel,FVCOM)对M2、S2、K1和O1等4个分潮进行数值模

拟,分析渤海潮流的特性,讨论必威体育精装版岸线地形下渤海各海区的潮能通量和耗散.结果

表明:渤海潮流以半日潮流为主,M2、S2、K1和O1等4个分潮的最大流速分别为

120cm/s、45cm/s、38cm/s和30cm/s;半日潮能输入渤海之后分成3支,向北

涌入辽东湾,向西输入渤海湾,向西南传至莱州湾;全日潮能输入渤海之后大致沿逆时

针方向传输,在海峡内形成“北进南出”的格局.传入渤海的M2、S2、K1和O1等

4个分潮的净潮能通量分别为4.2420GW、0.3992GW、0.5170GW和0.254

8GW,其中,输入3个海湾的潮能均以M2分潮为主,其次为S2分潮和K1分潮,O1

分潮的潮能最小.传入渤海的4个主要分潮的总潮能有49.23％耗散在渤海中部海

域,27.21％耗散在辽东湾,其次是渤海湾,莱州湾的潮能耗散最少.

【期刊名称】《上海船舶运输科学研究所学报》

【年(卷),期】2019(042)001

【总页数】8页(P70-77)

【关键词】潮能通量;潮能耗散;岸线变化;渤海;有限体积近岸海洋模型

【作者】孟云;谢蓉

【作者单位】中海环境科技(上海)股份有限公司,上海200135;中海环境科技(上海)

股份有限公司,上海200135

【正文语种】中文

【中图分类】P743

0引言

渤海是嵌入我国北部大陆的半封闭型陆架边缘海域，由辽东湾、渤海湾、莱州湾和

渤海中部海域组成，通过渤海海峡与黄海相通。关于渤海潮动力机制的研究，

OGURA[1]确定了渤海同潮图的基本形态；此后随着计算机技术的发展，国内外相

关学者[2-6]对渤海潮流进行了大量数值模拟研究。目前对渤海潮汐和潮流的基本

特征已有较为全面的认识，但对其潮能通量和耗散的研究较少。FANG等[7]计算

渤海M2和m1分潮的潮能通量，受计算条件限制，采用二维模型模拟；文献

[8]～文献[11]均以渤海、黄海和东海为整体，对潮能通量和耗散进行研究，对渤

海的计算精度较低，不能准确刻画出渤海的潮能传播和耗散情况。

近年来，渤海沿岸地区相继开展了多项涉海工程，加上黄河口海岸带的自然演变作

用，导致渤海岸线地形发生明显变化[12]，这必然会导致该海区潮能通量和耗散发

生变化，从而影响沉积物的冲淤平衡。因此，有必要开展渤海潮能通量和耗散研究。

本文基于有限体积近岸海洋模型(Finite-VolumeCoastalOceanModel，

FVCOM)建立渤海必威体育精装版岸线、地形条件下的高分辨率潮汐潮流数值模型，对渤海

M2、S2、K1和O1等4个主要分潮进行数值模拟，绘制各分潮同潮图和潮流椭

圆分布图，探讨潮能通量和潮能耗散的特征。

1FVCOM模式介绍及模型配置

FVCOM是一种近岸海洋数值模型，已被广泛应用于海湾[13-15]和河口[16-17]的

数值模拟研究中，CHEN等[18]详述了该模式的原始基本方程组。FVCOM采用有

限体积法，该方法综合现有海洋模型中有限元法和有限差分法的优点，在数值计算

中既可用来拟合复杂的海岸线，保证海域的质量守恒性、能量守恒性和动量守恒性，

又便于离散原始动力学方程组，保证具有较高的计算效率。该模型在水平方向采用

三角形网格，在垂直方向采用sigma坐标，可更好地拟合复杂的海岸线和海底地

形。这些特点使得FVCOM广泛应用于岛屿众多、近岸岸线复杂海域的研究[19]

中,故采用FVCOM开展渤海潮流、潮能的数值模拟研究较为合适。

本文所研究海区的范围为37°07′～41°N,117°35′～121°10′E。计算域的海岸线边

界数据是从美国陆地资源卫星Landsat8OLI_TIRS的必威体育精装版遥感图像中提取的；水

深数据是对中国人民解放军海军司令部航海保证部必威体育精装版出版的天津港、成山角至大

连港海图、渤海湾海图和辽东湾海图进行数字化处理并利用围填海调查数据进行适

当的修正后融合得到的。图1