岳云飛，王永剛，何善方，汪一航，魏澤勛

(1.寧波大學(xué) 理學(xué)院，浙江 寧波 315211；2.國家海洋局 第一海洋研究所，山東 青島 266061；3.國家海洋局 海洋環(huán)境科學(xué)與數(shù)值模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266061；4.國家海洋局 寧波海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，浙江 寧波 315012)

基于FVCOM的溫州近海潮汐潮流數(shù)值模擬

岳云飛1，王永剛2,3*，何善方4，汪一航1，魏澤勛2,3

(1.寧波大學(xué) 理學(xué)院，浙江 寧波 315211；2.國家海洋局 第一海洋研究所，山東 青島 266061；3.國家海洋局 海洋環(huán)境科學(xué)與數(shù)值模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266061；4.國家海洋局 寧波海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，浙江 寧波 315012)

基于有限體積法海洋數(shù)值模型(FVCOM)，構(gòu)建了溫州近海潮汐潮流數(shù)值模式，模式模擬區(qū)域?yàn)?120°24′00″～121°19′12″E，27°21′00″～28°24′00″N)，模式水平分辨率由近岸河口區(qū)的50 m，逐漸增加至開邊界附近的2 km。模式模擬并分析了溫州近海的M2，S2，N2，K1，O1五個(gè)主要分潮。利用溫州近海實(shí)測資料對模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，模擬與實(shí)測符合良好；其中與4個(gè)驗(yàn)潮站資料比較，M2，S2，N2，K1，O1五個(gè)主要分潮的振幅絕均差和遲角絕均差分別為4.84 cm和5.14°，2.19 cm 和3.35°，5.18 cm 和4.38°，0.64 cm和3.67°，0.59 cm和4.61°；與9個(gè)海流連續(xù)觀測站比較，流速絕均差為11.71 cm/s，流向絕均差為9.66°。在模擬結(jié)果較好地反映溫州近海潮汐、潮流運(yùn)動(dòng)狀況的基礎(chǔ)上，本文給出了各模擬分潮的潮汐同潮圖和潮流橢圓分布、潮汐和潮流類型分布以及最大可能潮流分布等。

FVCOM；溫州近海；潮汐；潮流

溫州市地處浙江省東南部，全境位于(119°37′～121°18′E，27°03′～28°36′N)，它的北面和東北面是臺(tái)州市，東面是東海，南部與福鼎市相連接，西部是麗水市。溫州海岸線大致為北到東北走向，有洞頭列島、北麂列島、南麂列島等眾多島嶼，海域面積約11 000 km2，屬于強(qiáng)潮海區(qū)。溫州沿海交通四通八達(dá)，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、外貿(mào)和旅游業(yè)發(fā)展迅速。

由于平原和盆地比例較低，土地資源短缺，人均耕地和人均生態(tài)承載力均低于浙江省和全國平均水平。因而，溫州沿岸產(chǎn)業(yè)帶圍填海工程眾多，圍填海也成為緩解土地資源短缺、開辟新空間的主要方法之一。溫州市東部瀕臨東海，其地理位置特征決定了溫州的優(yōu)勢、潛力和希望在于對海洋的開發(fā)和利用，而了解并掌握海洋水動(dòng)力環(huán)境特征是海洋資源開發(fā)利用的基礎(chǔ)。潮汐潮流是該海域最主要的水動(dòng)力環(huán)境控制要素，因此把溫州近海作為一個(gè)整體，建立潮汐潮流數(shù)值模型，研究與分析其特征具有十分重要的意義。

溫州沿海的潮汐潮流特征，一直以來備受關(guān)注，前人已作過大量數(shù)值研究工作，但采用的潮波數(shù)值模式或區(qū)域太大、分辨率較低，或僅關(guān)注于局部的小海灣。如陳倩等[1-3]采用三維陸架海模式(HAMSOM)對浙江近海的潮汐、潮流進(jìn)行了成功的數(shù)值模擬，并且依據(jù)近年來浙江海岸線和海島調(diào)查的實(shí)測海流資料，研究了浙江近海的潮流、余流特征和分布規(guī)律，與實(shí)測情況符合良好，使我們對浙江整個(gè)區(qū)域的潮汐潮流、余流特征有了一個(gè)全面的認(rèn)識，但其分辨率為1′，無法細(xì)致刻畫溫州近岸及局部海灣的潮波特征；李孟國等[4-6]和鄭敬云等[7]開展了甌江口及洞頭島北岙后涂圍墾工程的潮流數(shù)值模擬研究，并在大量實(shí)測資料和大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，分析了甌江口水文泥沙特征，并且對溫州水動(dòng)力開發(fā)及研究情況進(jìn)行了綜述；楊成浩等[8]在代表春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)航次調(diào)查的4個(gè)連續(xù)觀測站位的實(shí)測潮位和海流數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分析研究了樂清灣的潮位、潮流和余流特征。可見，已有的大區(qū)域研究及區(qū)域較小的灣口和河口局部海域的研究所提供的潮波運(yùn)動(dòng)特征雖各有側(cè)重，但尚缺乏針對整個(gè)溫州近海區(qū)域的高分辨率潮波數(shù)值模式，以精細(xì)刻畫溫州沿海潮波規(guī)律。

本文基于FVCOM模式，采用溫州近海海圖資料提取水深數(shù)據(jù)，把溫州作為一個(gè)整體進(jìn)行了高分辨率的潮波數(shù)值模擬研究。利用實(shí)測潮汐潮流資料對模擬結(jié)果進(jìn)行了檢驗(yàn)，模擬結(jié)果和實(shí)測數(shù)據(jù)均符合良好。在此基礎(chǔ)上，分析了該海域潮汐潮流的分布及特征，為深入了解溫州海域的水動(dòng)力特征及工程實(shí)踐提供了參考依據(jù)。

1 模式及計(jì)算配置

本節(jié)首先分析了溫州地形地貌特征及潮波模型優(yōu)選情況。然后介紹了計(jì)算區(qū)域水深數(shù)據(jù)來源、網(wǎng)格設(shè)置、開邊界的選取等計(jì)算配置和方案。

1.1 潮波模式選取及建立

由于溫州近海岸線曲折，地形復(fù)雜，島嶼星羅棋布，由南向北的主要港灣河口有鰲江、飛云江、甌江、樂清灣等，均屬于強(qiáng)潮海區(qū)。溫州沿海平均潮差4.5 m，最高達(dá)到7.21 m，是我國高潮差區(qū)。溫州沿海灘涂資源較為豐富，研究表明，若不考慮灘涂及干濕過程的處理，所得潮流振幅和納潮量都普遍減小[9]。為了再現(xiàn)溫州海域潮汐、潮流分布特征，必須考慮海水對灘涂的“淹”和“露”的過程，故需要選用具有對于潮間帶進(jìn)行處理的可變邊界模擬能力的數(shù)值模型。另外，對于岸線曲折，地形復(fù)雜，島嶼眾多，沿海灘涂廣闊的溫州近海海域，選用非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格模式將能夠在適當(dāng)?shù)挠?jì)算需求下，實(shí)現(xiàn)關(guān)注海域的高分辨率模擬。

圖1 研究區(qū)域海圖覆蓋情況及水深地形圖Fig.1 Chart coverage and topography of the study area

基于上述原因，本文計(jì)算模型采用基于有限體積法的FVCOM(An Unstructured Grid Finite-Volume Coastal Ocean Model)海洋數(shù)值模型[10]，該模式為美國麻州大學(xué)(The University of Massachusetts)海洋科學(xué)技術(shù)學(xué)院陳長勝所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)，水平方向采用非結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格，垂直方向采用σ坐標(biāo)系來體現(xiàn)不規(guī)則的底部邊界，能夠較好地?cái)M合溫州近海曲折的海岸線和復(fù)雜的地形[11]。同時(shí)，采用干濕判別方法來處理潮灘移動(dòng)邊界。

1.2 水深資料來源

在潮汐潮流數(shù)值模擬中，水深是至關(guān)重要的基礎(chǔ)資料。從前人研究結(jié)果中我們可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的格點(diǎn)化水深數(shù)據(jù)etopo1(1′分辨率)、etopo2(2′分辨率)和etopo5(5′分辨率)(http:∥www.ngdc.noaa.gov/mgg/bathymetry/)針對于大區(qū)域海區(qū)和深海區(qū)可以得到較滿意的模擬結(jié)果，而在沿岸淺海區(qū)則不盡理想[12]。為了較真實(shí)地反映溫州近海地形，本文收集了海軍司令部航海保證部出版的能夠覆蓋研究區(qū)域的多張海圖，通過對這些海圖進(jìn)行數(shù)字化處理和基準(zhǔn)面訂正，提取得到了溫州近海研究區(qū)域的水深資料。對于部分沒有海圖資料的區(qū)域則采用etopo1的數(shù)據(jù)融合得到了研究區(qū)域的水深資料，岸線則提取自海圖資料并利用該海區(qū)衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行了一定的修訂。收集的海圖編號有13811*,13781,13770,13751,13741B,13741A,13715,13651,13640,13640*,13661,13672,13710,13731,13771A,13771B,13791。模式中采用的水深地形圖及海圖覆蓋情況見圖1。

1.3 計(jì)算海域

本研究計(jì)算海區(qū)為溫州近海(120°24′00″～121°19′12″E，27°21′00″～28°24′00″N，圖2)，數(shù)值計(jì)算區(qū)域岸線復(fù)雜曲折，主要包括樂清灣、甌江口、飛云、鰲江及其周邊海域。模型采用無結(jié)構(gòu)的三角形網(wǎng)格系統(tǒng)，在垂直方向采用σ坐標(biāo)，垂向分6層。計(jì)算區(qū)域共包含181 483個(gè)三角單元，94 949個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，最小網(wǎng)格步長為50 m，主要在甌江、飛云、鰲江河口，樂清灣內(nèi)部約在350 m左右，分辨率由岸線向東海方向逐漸增加，開邊界取在坎門、南麂列島、北麂列島和石砰四點(diǎn)的連線上，開邊界節(jié)點(diǎn)數(shù)為66個(gè)，在開邊界處網(wǎng)格步長約2 000 m。FVCOM模型采用內(nèi)外模分離的方式求解，二維外模數(shù)值格式是基于三角形網(wǎng)格的有限體積法，將連續(xù)方程和動(dòng)量方程在三角形單元內(nèi)積分后，通過改進(jìn)的四階龍格庫塔方式求解。三維內(nèi)模的動(dòng)量方程采用簡單的顯式和隱式相結(jié)合的差分格式求解，外模時(shí)間步長為0.2 s，內(nèi)外模時(shí)間步長比率為5。在溫州近海的部分海域，對網(wǎng)格進(jìn)行了加密，尤其是在河口、灣內(nèi)這些敏感海區(qū)和一些狹窄的通道地區(qū)。從圖2可以看出：三角網(wǎng)格較好地刻畫了計(jì)算區(qū)域內(nèi)復(fù)雜的島嶼岸線和地形特征以及圍填海所造成的海岸線的變化，較精細(xì)地?cái)M合了溫州近海復(fù)雜的岸線。

圖2 計(jì)算網(wǎng)格圖Fig.2 Computation grid

圖3 站位分布圖Fig.3 Distribution of observation stations

1.4 開邊界選取

在近海，特別是河口、灣內(nèi)的潮汐潮流水動(dòng)力數(shù)值模擬中，開邊界條件的確定直接決定了計(jì)算結(jié)果的好壞。利用FVCOM模型開展潮波模擬有兩種開邊界條件可選，即采用調(diào)和常數(shù)或?qū)崟r(shí)水位[13]。本文數(shù)值模式的開邊界條件主要是利用邊界附近的驗(yàn)潮站資料結(jié)合浙江近海同潮圖分布特征，將M2，S2，N2，K1和O1分潮的調(diào)和常數(shù)插值到計(jì)算海域的開邊界網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上，然后由T_tide[14]的預(yù)報(bào)程序給出開邊界上每個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)水位作為開邊界條件，并以此驅(qū)動(dòng)潮汐潮流數(shù)值模式。各節(jié)點(diǎn)上水位預(yù)報(bào)公式如下：

(1)

式中，η為水位；hi和gi為第i個(gè)分潮的調(diào)和常數(shù)；ωi為分潮的角速度；t為時(shí)間；fi為分潮的交點(diǎn)因子；v0i為分潮的天文初相；ui為分潮的交點(diǎn)訂正角。

本文采用正壓模式，假設(shè)海洋是靜止的，水位初始值設(shè)為0，所有三角單元中心點(diǎn)的水平和垂向流速為0，整個(gè)海域內(nèi)溫度和鹽度均取常數(shù)，溫度為18.0 ℃，鹽度為35.0。底摩擦系數(shù)取0.002 5，模式模擬30 d。對后15 d時(shí)間序列進(jìn)行調(diào)和分析，得到5個(gè)主要分潮的潮汐和潮流的調(diào)和常數(shù)。

2 模擬結(jié)果驗(yàn)證

為了驗(yàn)證模擬結(jié)果，本文收集了溫州海域9個(gè)海流連續(xù)觀測站和4個(gè)驗(yàn)潮站的資料(見圖3),將潮汐和潮流的模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

2.1 潮位驗(yàn)證

本文利用了2011-04沙港頭、大門、磐石、石砰四個(gè)驗(yàn)潮站實(shí)測水位資料對潮汐模擬結(jié)果進(jìn)行了檢驗(yàn)，從4個(gè)驗(yàn)潮站實(shí)測資料和對應(yīng)模擬結(jié)果來看(圖4、表1)，吻合程度良好。由表1可見，模擬的潮汐調(diào)和常數(shù)和實(shí)測符合良好，M2，S2，N2，K1和O1五個(gè)主要分潮的振幅絕均差和遲角絕均差分別為4.84 cm和5.14°，2.19 cm 和3.35°，5.18 cm 和4.38°，0.64 cm和3.67°，0.59 cm和4.61°。4個(gè)驗(yàn)潮站模擬潮位與實(shí)測水位表現(xiàn)出了較好的一致性，其均方根誤差分別為8.91，14.85，8.93和10.78 cm。從水位過程曲線可以看出1 d之內(nèi)出現(xiàn)2次高潮和2次低潮，表現(xiàn)為半日潮的性質(zhì)，同時(shí)也清楚的表現(xiàn)出月不等現(xiàn)象，1個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)2次大潮和2次小潮。大潮潮差約6.0 m，小潮潮差約為1.8 m。4個(gè)站的水位驗(yàn)證結(jié)果表明，數(shù)值模擬結(jié)果較好地再現(xiàn)了溫州近海真實(shí)的潮位變化情況。

表1 M2，S2，K1，O1和N2分潮振幅和遲角觀測值與計(jì)算值的差值比較(振幅/cm，遲角/°)

圖4 各驗(yàn)潮站計(jì)算水位與實(shí)測水位的比較Fig.4 Calculated and measured water elevations at Shagangtou, Panshi, Damen, and Shipeng

2.2 潮流驗(yàn)證

本文共收集了9個(gè)實(shí)測潮流連續(xù)站位資料,站位分布見圖3，驗(yàn)證均采用表層流速(圖5)，其他層的對比結(jié)果基本相似。從圖中可以看出，模擬潮流與實(shí)測潮流有良好的一致性，能夠較準(zhǔn)確地模擬出漲急和落急的流速及對應(yīng)的時(shí)刻。模擬與實(shí)測之間的差異，主要表現(xiàn)為模擬流向變化較實(shí)測更顯平穩(wěn)。存在此差異可能是模式?jīng)]考慮海面風(fēng)及斜壓等其他動(dòng)力過程所致。9個(gè)站位表層流速東分量和北分量的模擬值與實(shí)測值的相關(guān)分析結(jié)果見表2，呈顯著相關(guān)，流速與流向絕均差分析結(jié)果見表3。流速流向的驗(yàn)證結(jié)果表明，模擬結(jié)果很好地反映了溫州近海潮流時(shí)空變化特征。

表2 潮流站觀測值與計(jì)算值的相關(guān)系數(shù)

圖5 各站實(shí)測潮流與計(jì)算潮流的比較Fig.5 Calculated and measured tidal current velocity at nine stations

站 位wz1wz2wz3wz4wz5wz6wz7wz8wz9平均流速絕均差/m·s-111．209．9010．3510．1710．8712．4013．9415．2411．3811．71流向絕均差/°8．9210．238．8310．1210．709．478．7510．109．879．66

3 溫州近海潮波分布

鑒于上節(jié)模擬結(jié)果的驗(yàn)證，表明模擬結(jié)果與實(shí)測情況均符合良好。本節(jié)對溫州海域的潮汐和潮流的分布及特征進(jìn)行了分析，給出了該區(qū)域的潮汐同潮圖及潮流橢圓圖等。

3.1 潮汐分布

3.1.1 潮汐類型

本文采用F=(HO1+HK1)/(HM2)作為潮汐類型的判別系數(shù)，它反映了日分潮與半日分潮的相對重要性[15]。根據(jù)值的大小，一般可把潮汐分為4種類型：04.0為規(guī)則全日潮類型。由圖6可見，溫州近海的潮汐類型判斷參數(shù)F最大為0.3，均不超過0.5，全海域表現(xiàn)為規(guī)則半日潮類型。其潮位變化特點(diǎn)為：在一個(gè)太陰日內(nèi)，有兩次高潮和兩次低潮，從高潮到低潮和從低潮到高潮的潮差幾乎相等。

圖6 研究海域潮汐類型判別系數(shù)分布Fig.6 Distributions of tide type discriminant factors

圖7 研究區(qū)5個(gè)主要分潮同潮圖Fig.7 Co-tidal charts of the simulated M2，S2，N2，K1 and O1.Dash lines are co-amplitudes and solid lines are co-phases

3.1.2 同潮時(shí)線和等振幅線

模式計(jì)算所得到的溫州近海5個(gè)分潮M2，S2，N2，K1和O1的同潮圖見圖7。M2分潮所占比重最大，S2與N2次之，K1與O1相當(dāng)。M2，S2和N2分潮同潮時(shí)線的走向基本一致。

在M2同潮圖中，265°左右同潮時(shí)線以霓嶼島為定點(diǎn)，呈八字形向兩旁延伸。圖中S2的300°左右同潮時(shí)線和N2的255°左右同潮時(shí)線呈類似分布。同潮時(shí)線的這一分布特征表明：半日潮波傳播到霓嶼島以后，開始分為南北兩支傳播。M2和S2分潮最大振幅出現(xiàn)在樂清灣內(nèi)，由灣口至灣頂振幅逐漸增大，M2分潮振幅值可達(dá)235 cm以上，S2分潮振幅值能達(dá)到78 cm以上，N2分潮振幅值則達(dá)到31.5 cm以上。K1，O1分潮等振幅線分布大致相似，兩者的振幅由東向西略有增大，但幅度增長有限。K1，O1同潮時(shí)線分布基本與M2，S2相同。模擬結(jié)果與陳倩等[1]的浙江近海潮汐數(shù)值模擬的振幅遲角分布規(guī)律基本一致。

3.2 潮流分布

3.2.1 潮流類型

與潮汐類型劃分相類似，采用F=(WO1+WK1)/(WM2)作為潮流類型的判斷參數(shù)，其中WO1，WK1，WM2分別為O1，K1，M2分潮流的橢圓長軸[15]。由圖8可見，絕大部分海域表層潮流F值在0.15左右，均小于0.50，故溫州近海屬于規(guī)則半日潮流區(qū)。

3.2.2 運(yùn)動(dòng)方式

潮流的旋轉(zhuǎn)特征由潮流橢圓旋轉(zhuǎn)率K來決定。K值為最小潮流與最大潮流之比，即橢圓短軸與長軸之比。并且規(guī)定，若這個(gè)分潮流矢隨時(shí)間的增加按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，K算作正，否則，算作負(fù)[14]。當(dāng)K>0.25時(shí)，潮流表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)流；而當(dāng)K<0.25時(shí)，潮流表現(xiàn)為往復(fù)流[8]。由于研究區(qū)域內(nèi)半日分潮具有支配地位，所以我們以M2分潮流旋轉(zhuǎn)率K的分布情況來說明本區(qū)域的潮流旋轉(zhuǎn)特征(圖9)。由圖9可見，在沿岸的河口、灣口水域等處大部分海域K的絕對值都小于0.25，呈明顯的往復(fù)流性質(zhì)，主要受地形的限制和岸線的制約所致。在研究區(qū)域西南部海域K的絕對值大于0.50，呈旋轉(zhuǎn)流，方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向。

圖8 潮流類型判別系數(shù)的分布Fig.8 Types of tidal current type discriminant factors

圖9 M2分潮流表層旋轉(zhuǎn)率K的分布圖(表層)Fig.9 Surface rotation rate K for M2 tidal current

3.2.3 潮流橢圓長、短軸

為了研究溫州海區(qū)的潮流分布情況，分別計(jì)算了5個(gè)分潮的潮流橢圓要素(長軸、短軸、傾斜角、格林威治遲角)。圖10～14為主要半日分潮M2，S2，N2和主要全日分潮K1，O1的表層潮流橢圓長、短軸分布圖，陰影海域代表潮流為逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，無陰影海域則為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。分潮流橢圓長、短軸分布與地形有密切關(guān)系，在灣內(nèi)或近岸海區(qū)，長軸方向一般與岸線平行，在灣口、河口指向?yàn)忱?、河道，在南部沿岸則與岸線垂直，這可能與潮波行進(jìn)方向及潮波的干涉有關(guān)。

圖10 M2分潮流橢圓Fig.10 Current ellipses of M2

圖11 S2分潮流橢圓Fig.11 Current ellipses of S2

由M2分潮流橢圓圖(圖10)可見，在樂清灣灣內(nèi)、甌江口海域流速普遍較大，最大流速可超過100 cm/s。而在研究區(qū)域的東南部流速基本都在50～80 cm/s。整個(gè)溫州海域M2分潮流主要表現(xiàn)為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，僅在樂清灣等局部區(qū)域潮流為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

S2分潮流橢圓與M2相比，整體流速比M2小，最大流速能夠超過50 cm/s，出現(xiàn)在樂清灣與甌江河口位置。相對于M2分潮流而言，在研究海域的中部，S2分潮流呈現(xiàn)大面積的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，其余海域基本與M2分潮流特征一致。

圖12 N2分潮流橢圓Fig.12 Current ellipses of N2

圖13 K1分潮流橢圓Fig.13 Current ellipses of K1

圖14 O1分潮流橢圓Fig.14 Current ellipses of O1

圖15 最大可能流速Fig.15 The maximum possible tidal current velocity

對于N2分潮而言，流速相對于M2，S2分潮流小很多，最大流速出現(xiàn)在樂清灣與甌江口海域附近，流速約20 cm/s。在樂清灣、甌江口以及東部海域N2分潮流逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)明顯，而飛云、鰲江及周邊海域順時(shí)針旋轉(zhuǎn)明顯。

由K1分潮流橢圓圖與N2分潮流橢圓圖比較可見，K1分潮流的流速比N2略小，最大流速不超過20 cm/s，出現(xiàn)在樂清灣與甌江口海域內(nèi)。

與M2，S2，N2和K1相比，O1分潮流流速是最小的。同樣在樂清灣與甌江口海域出現(xiàn)最大流速，其值超過10 cm/s。東北部區(qū)域O1分潮主要呈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，西南部呈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

為了對溫州近海潮流的大小有一個(gè)總體的了解，圖15繪制了最大可能流速分布圖。最大可能流速是根據(jù)潮流調(diào)和常數(shù)計(jì)算所得。由《港口工程技術(shù)規(guī)范》[16]知，對于規(guī)則半日潮海域，其最大可能流速計(jì)算公式為

(2)

4 結(jié) 論

本文基于FVCOM海洋數(shù)值模式，采用非結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算海域水平網(wǎng)格設(shè)置，運(yùn)用干/濕網(wǎng)格技術(shù)對潮間帶進(jìn)行處理，將溫州近海作為一個(gè)整體建立并模擬了溫州近海的潮汐和潮流，模擬結(jié)果較好地刻畫了研究海域的潮汐潮流規(guī)律。

在潮汐方面：模擬的M2，S2，N2，K1和O1五個(gè)主要分潮的振幅和遲角與觀測符合較好，絕均差分別為4.84 cm和5.14°，2.19 cm和3.35°，5.18 cm和4.38°，0.64 cm和3.67°，0.59 cm和4.61°；研究海區(qū)潮汐屬規(guī)則半日潮；M2，S2和N2分潮最大振幅出現(xiàn)在樂清灣，由灣口向?yàn)稠敐u增，M2分潮最大振幅可達(dá)到2.4 m，S2分潮最大振幅能超過0.7 m，N2分潮振幅值則達(dá)到0.3 m；K1，O1分潮等振幅線分布大致相似，振幅值比M2，S2小。

在潮流方面：本文模擬的潮流與實(shí)測潮流具有良好的一致性，能夠較準(zhǔn)確地模擬出漲急和落急的流速及對應(yīng)的時(shí)刻；研究海區(qū)屬規(guī)則半日潮流區(qū)；M2分潮流在樂清灣內(nèi)、甌江口海域流速普遍較大，最大流速超過1.0 m/s，S2分潮流整體流速比M2小，最大流速可以達(dá)到0.5 m/s以上，O1是5個(gè)分潮里面分潮流流速最小的；最大可能的流速分布基本與等深線一致，強(qiáng)的潮流主要出現(xiàn)在陸架淺水區(qū)和狹窄的河口或?yàn)晨诟浇Ｓ?，最大可能潮流流速均大?.2 m/s，其中在樂清灣玉環(huán)島與大門島之間的最大可能流速最大，可超過2.0 m/s。

考慮到近岸海域的岸線和地形復(fù)雜，在本文模式構(gòu)建過程中，盡量收集覆蓋研究區(qū)域的海圖資料，但由于受圍填海工程、泥沙入海等的影響，水深岸線存在一定的變動(dòng)，而本文收集的溫州近海海圖資料，時(shí)間跨度較大，出版時(shí)間范圍為1999-07—2004-07，水深測量時(shí)間范圍為1964—2003年。下一步工作將按年代分析溫州近海潮波狀況，并研究水深岸線變化對海洋動(dòng)力環(huán)境的影響。

另外，本模型模擬分析了正壓條件下的潮汐潮流變化規(guī)律，接下來將在該動(dòng)力環(huán)境背景下，進(jìn)一步考慮徑流影響及泥沙沖淤變化等。

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Received: September 17, 2014

Numerical Simulation of Tide and Tidal Currents in the Wenzhou Offshore Based on FVCOM

YUE Yun-fei1, WANG Yong-gang2,3, HE Shan-fang4, WANG Yi-hang1, WEI Ze-xun2,3

(1.NingboUniversityFacultyofScience, Ningbo 315211, China;2.TheFirstInstituteofOceanography,SOA, Qingdao 266061, China;3.KeyLabofMarineScienceandNumericalModeling,SOA, Qingdao 266061, China;4.MarineEnvironmentalMonitoringCentreofNingbo,SOA, Ningbo 315012, China)

Based on the finite-volume coastal ocean numerical model (FVCOM), a tidal model is established for the Wenzhou offshore. The computational domain covers (120°24′00″～121°19′12″E，27°21′00″～28°24′00″N). The horizontal resolution is 50 m at the near shore and increase to 2 km gradually. Five principal tidal constituents, M2, S2, N2, K1and O1, are simulated and analyzed. The model results are compared with observation, showing a satisfactory agreement. Comparing with 4 tidal gauge stations, the mean absolute difference in amplitude and phase-lag are respectively 4.84 cm and 5.14° for M2, 2.19 cm and 3.35° for S2, 5.18 cm and 4.38° for N2, 0.64 cm and 3.67° for K1 and 0.59 cm and 4.61° for O1. Comparing with 9 currents observation stations, the mean absolute difference in speed is 11.71 cm/s and the mean absolute difference in direction is 9.66°. Based on model outputs, the distributions of co-tidal charts, tidal current ellipses, tide and tidal current types, and the maximum possible tidal current, are given.

FVCOM; Wenzhou offshore; tide; tidal current

2014-09-17

浙江省海洋與漁業(yè)局項(xiàng)目——溫州沿海產(chǎn)業(yè)帶圍填海(工程)海洋環(huán)境影響評價(jià)(ZHYWZ201202)

岳云飛(1989-)，男，河南安陽人，碩士研究生，主要從事海洋數(shù)值模擬方面研究.E-mail：yueyf@fio.org.cn

*通訊作者：王永剛(1977-)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，副研究員，博士，主要從事潮汐潮流和海洋環(huán)流方面研究.E-mail：ygwang@fio.org.cn

(李 燕 編輯)

P731.2

A

1671-6647(2015)02-0142-13