刁希梁， 丁 揚(yáng)， 鮑獻(xiàn)文??

(1.中國海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院，山東 青島 266100; 2.中國海洋大學(xué)物理海洋教育部重點實驗室，山東 青島 266100)

大亞灣海域潮位“雙峰”現(xiàn)象生成機(jī)制研究?

刁希梁1,2， 丁 揚(yáng)2， 鮑獻(xiàn)文1,2??

(1.中國海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院，山東 青島 266100; 2.中國海洋大學(xué)物理海洋教育部重點實驗室，山東 青島 266100)

大亞灣海域的潮位觀測數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出明顯的“雙峰”現(xiàn)象，在調(diào)和分析并選用分潮重構(gòu)的過程中發(fā)現(xiàn)M6分潮的異常增長是引起大亞灣內(nèi)部出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因，并且在灣口至灣頂兩個測站之間M6分潮增長了自身的近兩倍。本文首先分析構(gòu)建的FVCOM數(shù)值模型得到的M6同潮圖，發(fā)現(xiàn)M6分潮在計算海域存在兩個無潮點，一個位于灣外開邊界附近，另一個位于東側(cè)的陸地上，這與矩形等深渠道共振理論中在1/4，3/4處出現(xiàn)無潮點的理論是相符的，只是實際情況中由于淺水效應(yīng)的影響，灣口處的無潮點被迫轉(zhuǎn)移到陸地上。進(jìn)一步進(jìn)行了三組數(shù)值實驗：改變水深和灣長后，大亞灣內(nèi)的共振條件被破壞，M6潮高均顯著減小，證明共振效應(yīng)確實是引起該分潮增大的原因；能量來源實驗表明：M6分潮的成長72%來源于自身成長，4.6%來源于M2分潮非線性轉(zhuǎn)化，23.4%來源于M2和M4分潮相互作用轉(zhuǎn)化；若除去二次底摩擦，M6分潮就不能通過各種非線性作用攫取能量，共振放大作用也就發(fā)揮不了任何作用。

大亞灣； M6分潮； 潮汐共振； FVCOM； 數(shù)值實驗

大亞灣是一個半封閉的亞熱帶海灣，位于珠江口東側(cè)，面積約為600 km2，水深5～18 m。灣內(nèi)島嶼眾多，并在海灣中部形成一條島鏈，將海灣分成東西兩部分，區(qū)位條件優(yōu)越，是廣東省的重點開發(fā)區(qū)域。目前已有許多學(xué)者開展了對大亞灣海域潮汐潮流以及水動力的研究工作。楊國標(biāo)等[1]運(yùn)用實測數(shù)據(jù)較為詳盡的分析了大亞灣內(nèi)的潮汐潮流及余流特征，但是僅關(guān)注了1/4分潮，并沒有對1/6分潮進(jìn)行討論；周巧菊[2]在研究大亞灣溫排水交換過程中建了的11個天文分潮驅(qū)動的潮汐潮流POM模型，對該海域的潮汐進(jìn)行比較精細(xì)的模擬；王聰?shù)萚3]在研究水交換的結(jié)論中指出，大亞灣內(nèi)水質(zhì)交換能力受潮致余流流場的支配；吳仁豪等[4]建立了8個天文分潮驅(qū)動的HAMSOM模型，分析了潮汐和余流特性，但并沒有用實測數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證；袁春光等[5]在芒洲島碼頭工程潮流泥沙數(shù)值模擬中注意到大亞灣內(nèi)潮波變形很大，反映出灣內(nèi)淺水分潮的效應(yīng)較大，但是并未對該現(xiàn)象進(jìn)行深入的探討和機(jī)制解釋。

潮汐“雙峰”現(xiàn)象指的是：在潮位觀測曲線中觀測到的雙高水位和雙低水位現(xiàn)象，一般是由于高階分潮(M4，M6)疊加在天文分潮之上所形成。當(dāng)天文潮波從外海傳播到近岸并進(jìn)入河口或海灣的過程中會激發(fā)出淺水分潮和復(fù)合分潮(比如M4, M6等)，非線性物理過程是產(chǎn)生倍潮波和復(fù)合潮波的主要原因[6]。由于這些分潮的產(chǎn)生，并以特定的相位疊加在天文分朝上時，潮流和水位被從它們的正弦曲線形式所扭曲，從而導(dǎo)致了潮汐不對稱[7]，潮汐不對稱在泥沙輸運(yùn)和海灣地形變化方面起著非常重要的作用[8-9]。

本文研究大亞灣內(nèi)潮位“雙峰”現(xiàn)象主要分為以下幾步：(1)運(yùn)用大亞灣實測數(shù)據(jù)分析討論潮位曲線的“雙峰”現(xiàn)象；(2)用調(diào)和分析并重構(gòu)的方法分析產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因；(3)進(jìn)一步建立高精度數(shù)值模型來模擬重現(xiàn)出這種“雙峰”的形態(tài)，分析大亞灣內(nèi)整個潮汐、流場的特性，并為后文探究其機(jī)制做準(zhǔn)備；(4)在數(shù)值模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行一系列的數(shù)值實驗：破壞掉共振條件來探究其對M6分潮成長的影響；分析其能量來源及機(jī)制；探究二次底摩擦項在M6分潮產(chǎn)生過程中的作用。

1 觀測分析

1.1 潮汐觀測

設(shè)置2個潮位觀測站，T1站和T2站，分別位于灣口和灣頂，6個潮流觀測站，C1～C6(見圖1)。2個潮位站的潮位觀測時間為2015年4月18日—5月19日，持續(xù)1個月，時間間隔2 min一次。潮流站分別在大潮期間2015年4月19日 13時—20日 15時，和小潮期間4月27日10時—28日 12時,27 h連續(xù)觀測，其中C2站為座底式ADCP(600 Hz)2 min一次連續(xù)觀測，其余5個站位用電磁海流計每小時觀測一次。

(C1～C6代表海流觀測站；T1～T2代表潮位觀測站。

MATLAB中的T-tide 程序被用于潮位站的潮汐調(diào)和分析。由于有限的數(shù)據(jù)長度，P1和K2只能通過差比關(guān)系分別用K1和S2推斷出來。而K1和S2的差比關(guān)系是由潮汐表中大亞灣附近一個長期觀測站的一年的數(shù)據(jù)集獲得(114°32′E，22°36′N),調(diào)和結(jié)果如表1所示。

表1 T1、T2站潮位調(diào)和常數(shù)對比

潮位原始數(shù)據(jù)用t_tide 程序調(diào)和之后，并用得到的所有調(diào)和常數(shù)重新構(gòu)建得到的潮位曲線中，十分顯著的現(xiàn)象是水位的“雙峰”現(xiàn)象，即由于淺水分潮疊加在天文分潮上導(dǎo)致出現(xiàn)的潮位曲線中雙高水位和雙低水位現(xiàn)象，該“雙峰”現(xiàn)象在大潮和小潮期間均十分顯著(見圖2)。

為了分析是哪一個淺水分潮主導(dǎo)這種“雙峰”現(xiàn)象的出現(xiàn)，在用調(diào)和常數(shù)重構(gòu)潮位曲線的過程中，采取了逐步去掉某個分潮，然后重構(gòu)的方法來試探哪些分潮在該過程中起到主導(dǎo)作用，經(jīng)過大量嘗試，本文發(fā)現(xiàn)1/4分潮和1/6分潮在其中起主導(dǎo)作用。

圖2 所有分潮重構(gòu)水位曲線

因此，在此處逐步去掉1/4分潮、1/6分潮的影響，并畫圖分析如下:

如圖3所示，在去掉M4+MS4的1/4分潮組合后，灣頂T1測站部分區(qū)域的“雙峰”的強(qiáng)度有所減弱，但現(xiàn)象仍然十分明顯，表明大亞灣內(nèi)部“雙峰”現(xiàn)象不止是四分潮淺水分潮的影響，還有其它分潮的強(qiáng)烈作用；而灣口處的測站T2“雙峰”現(xiàn)象基本被除去，表明在灣口處的潮汐扭曲的“雙峰”現(xiàn)象則主要由1/4分潮主導(dǎo)。

圖3 去掉1/4分潮重構(gòu)潮位曲線

進(jìn)一步如圖4所示在除去掉M4+MS4+M6+2MS6的1/4分潮和1/6分潮的淺水分潮組合之后，“雙峰”現(xiàn)象特別是灣頂測站的“雙峰”現(xiàn)象基本消失。這表明了大亞灣灣內(nèi)，特別是灣頂區(qū)域的潮汐扭曲的“雙峰”現(xiàn)象主要是由1/6分潮強(qiáng)烈作用所引起，這種現(xiàn)象與在大亞灣灣口處1/4分潮作用占主導(dǎo)完全不同，在潮波傳播至大亞灣灣頂處是以1/6分潮作用占主導(dǎo)，引起這種現(xiàn)象的機(jī)制則需要進(jìn)一步的探索分析。

T1、T2 2個潮位觀測站的實測調(diào)和常數(shù)(見表2)表明，從潮位站T2傳播到潮位站T1的過程中，各個分潮的潮差增長情況分別是M2增長9.3%，S2增長7.4%；1/4分潮增長相對較大，其中M4增長46.7%，MS4分潮增長49.7%；1/6分潮的增長則更大，M6增長近一倍，達(dá)到了183.4%，2MS6增長182.8%；與此相對的是，全日潮基本保持不變，在大亞灣中增長了大約1%。值得注意的是，1/6分潮振幅增長到與MS4相當(dāng)，達(dá)到了M4分潮的75%，幾乎達(dá)到M2分潮的30%。這表明在大亞灣內(nèi)部潮汐扭曲是以六分潮的強(qiáng)烈增長占主導(dǎo)的。

另外，如果半封閉海灣的本征頻率與開邊界驅(qū)動的某一分潮的頻率相接近就會激發(fā)出潮汐共振現(xiàn)象[10-14]。比如：芬迪灣內(nèi)的本征頻率與半日分潮相近[12]；加利福尼亞灣的本征頻率與全日分潮相近[13]；國內(nèi)浙江的象山灣的本征頻率與M4分潮的相近[15-18]。這些海灣內(nèi)都有相應(yīng)分潮共振效應(yīng)的產(chǎn)生，灣頂?shù)墓舱穹殖钡某备呦鄬τ跒晨谟辛朔浅Ｃ黠@的增大。

圖4 去掉1/4和1/6分潮重構(gòu)潮位曲線

分潮Tidal實測振幅Observation/cm模擬Simulated/cm誤差Error百分比Percent/%實測遲角Angle/(°)模擬Simulated/(°)誤差Error百分比Percent/%O127．2827．03-0．250．9244．09245．25-1．160．48K132．9333．470．541．6294．03294．600．570．19M233．5833．37-0．210．6254．00257．163．161．24S213．7713．540．231．7283．65288．304．651．64M48．988．700．283．11280．11282．772．660．95MS47．226．400．8211．3333．33335．662．330．7M63．834．340．5113．389．89100．9711．0812．32MS63．783．810．030．8159．24167．678．435．29

為了深入探究M6分潮在大亞灣內(nèi)增長的機(jī)制，本文構(gòu)建一個高精度的FVCOM數(shù)值模型來研究M6分潮的作用。

2 模型設(shè)置及驗證

2.1 網(wǎng)格配置

FVCOM是一個三維自由表面的原始方程模式。FVCOM在水平方向上運(yùn)用了無結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格來更好地貼合彎曲的海灣水道和陸地邊界，垂直方向上應(yīng)用sigma坐標(biāo)[19]。大亞灣數(shù)值模式網(wǎng)格點20 252個，數(shù)值網(wǎng)格30 275個，重點區(qū)域進(jìn)行加密，最小處不足50m(見圖5)，一共運(yùn)用了12個分潮作為開邊界，分別是Q1,O1，P1,K1，N2，M2，S2，K2，M4，MS4，M6, 2Ms6。其中Q1,O1，P1,K1，N2，M2，S2，K2，M4這9個調(diào)和常數(shù)取自TMD中的中國近海模型，MS4，M6, 2MS63個調(diào)和常數(shù)的初始值取自南海北部模型結(jié)果[20]，并根據(jù)T1站的調(diào)和常數(shù)反復(fù)調(diào)整，然后用T2站的調(diào)和常數(shù)做粗略驗證。為了避免由于初始條件的劇烈變化引起的數(shù)值不穩(wěn)定，潮汐驅(qū)動是在兩個M2周期內(nèi)從0增加到它的全值的。由于關(guān)注的是淺水潮汐產(chǎn)生機(jī)制的過程，密度場在所有的試驗中均是恒定的。垂直方向sigma層分7層。

圖5 大亞灣網(wǎng)格設(shè)置

2.2 潮位潮流驗證

模擬的數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)和分析后，與原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比對。由于是以T2站為參照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整開邊界，所以T2站的調(diào)和常數(shù)精確度較高，同時以T1站進(jìn)行初步驗證，結(jié)果如表2、3所示。模擬準(zhǔn)確性較高，天文分潮的誤差控制在2%左右；淺水分潮略粗，但是仍保持在10%左右?？紤]到淺水分潮量值較小，影響因素較多，調(diào)整比較困難，同時對比前人的工作[1-5]，本次模擬考慮的分潮個數(shù)以及精度都有了極大的提高。潮高曲線對比圖表明，模型已經(jīng)能夠很好的重現(xiàn)“雙峰”現(xiàn)象的基本形態(tài)。

因此，潮汐潮流驗證結(jié)果表明，該模型的潮汐模擬效果可信度很高，可以很好地將“雙峰”水位現(xiàn)象重現(xiàn)，可以運(yùn)用本模型來做一些數(shù)值實驗來研究M6分潮異常成長的機(jī)制。

表3 T2站潮位模擬性能分析

圖6 潮流曲線對比(藍(lán)色實測，紅色模擬)

在模式驗證良好的基礎(chǔ)之上，重點分析M6分潮潮波在大亞灣內(nèi)的傳播特性，在對所有點的模式數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)和分析之后，畫出M6分潮的同潮圖(見圖7)。

圖7 模擬M6同潮圖

如圖7所示，M6同潮圖中的一個非常明顯的現(xiàn)象是在外海形成一個無潮點，并且M6分潮在灣外成長緩慢，在灣口等高線變得密集，潮高在短距離內(nèi)出現(xiàn)比較快的增長，在灣內(nèi)傳至范和港內(nèi)M6分潮出現(xiàn)比較集中的第二次更為顯著的增長，這與之前估測的共振距離相符。M6傳播至此，在共振作用下，自身迅速增長。在畫圖過程中，注意到在大亞灣灣口附近右側(cè)的陸地區(qū)域上還存在另外一個無潮點(見圖8)。這個現(xiàn)象也是合理的，可以用等深矩形海灣模型來解釋和理解。在等深海灣發(fā)生共振的條件下，會在1/4波長和3/4波長處產(chǎn)生無潮點。根據(jù)經(jīng)典的四分之一波長理論來粗略的估算海灣的共振周期 ，大亞灣25 km的長度使灣口正好位于M6分潮的1/4波長處，但在大亞灣的實際情況中可能是由于淺水作用和地形的匯聚作用，使灣口處的無潮點被迫移動到右側(cè)的陸地上。為了驗證這個想法，設(shè)計了一個全部水深均為6 m 的淺水理想實驗來消除淺水效應(yīng)的影響，希望將兩個無潮點均模擬出來(見圖9)。灣口處出現(xiàn)類似無潮點的一條振幅為0的條帶狀區(qū)域，灣外的無潮點以及范和港內(nèi)分共振效應(yīng)仍然十分明顯。證實了上述猜想，同時該實驗也非常有力的說明了大亞灣海域M6分潮共振效應(yīng)是確實存在的。

圖8 模擬M6同潮圖(顯示無潮點)

圖9 模擬M6潮流橢圓圖(全部6 m)

3 數(shù)值實驗

為了從機(jī)制上來研究M6分潮從外海傳入海灣并發(fā)生共振的過程以及M6分潮增長的能量來源以及分潮控制方程中各項在此過程中的作用，進(jìn)行了一系列的數(shù)值實驗來深入探討其機(jī)制，實驗說明及結(jié)果如表3所示。

3.1 數(shù)值實驗的結(jié)果分析與討論

實驗3是在其它條件不變的基礎(chǔ)上，水深均勻減小3m。水深的減小會引發(fā)多方面的變化：一方面會增強(qiáng)海灣的幅聚作用，使潮波振幅有增大的趨勢；另一方面也增強(qiáng)了底邊界的耗散作用，使潮波振幅有減小的趨勢。水深的減小會引起這兩種相反的結(jié)果。由于水深的減小，ST1站已經(jīng)成為干點。僅關(guān)注ST2點的變化，發(fā)現(xiàn)M2、M4分潮的振幅分別增加了3和1cm，說明此時是海灣的幅聚作用占優(yōu)，會引起潮波振幅的增大；但是，此時M6分潮的振幅卻在此處卻減少了一半，從基準(zhǔn)試驗的4.34cm減小到2.2cm，這與M2、M4分潮的增長趨勢截然相反，不升反降，且降低為原來的一半。說明了M6分潮在灣內(nèi)的共振條件被破壞，不再發(fā)生共振而減小。

表4 數(shù)值實驗結(jié)果

Note: ①Experimental illustration; ②Observed; ③Standard experiment; ④Depth +3; ⑤Depth -3; ⑥Bay length halved; ⑦Linear bottom friction.

NaN 表示露出陸地，成為干點。NaN repxesent the land was revealed,and became dry point.

實驗2中的水深增加3 m實驗，在其它條件不變的基礎(chǔ)上，水深均勻地增加3 m引起的效應(yīng)也是兩方面的：一方面使潮高相對于總水深的比值變小，摩擦作用變小，會減小各分潮能量之間的轉(zhuǎn)移；同時水深+3 m,會使得潮灘全部被海水所覆蓋，潮灘上的干濕過程消失，潮灘的消失又會促進(jìn)M2分潮向淺水分潮M4、M6傳遞能量。水深+3 m 對灣口處的ST2站的M2、M4分潮影響不大，說明在灣口處二者的作用基本是抵消的。但M6分潮M6分潮大約減少了自身的1/3，說明原來的共振作用引起的潮位增長被減弱。在灣頂處的ST1站，M2、M4、M6均有了不同程度的減小。M2減小了約0.03 m, M4, M6減小了約0.04 m, 這是由于水深的加大，大亞灣內(nèi)的納潮量增大，由于能量守恒，與標(biāo)準(zhǔn)實驗相比，由灣口傳入的天文潮波能量是一定的，納潮量增大的條件下，天文分潮M2必然減??； 同時在灣內(nèi)底摩擦減小產(chǎn)生的效果要強(qiáng)于潮灘消失產(chǎn)生的影響，導(dǎo)致M4、M6減小，但是注意到此時M6減少了約自身的40%，M6如此大幅度減小的原因之一也是共振條件被破壞。實驗4半長海灣實驗中，M2分潮的振幅增加了1 cm, M4分潮的振幅減小了1 cm, 而M6分潮則迅速減小到只有0.1 cm。 灣長減半改變大亞灣的本征頻率，M6分潮在波長內(nèi)可引起共振的長度條件完全被破壞，只是由于在傳播過程中二次底摩擦等非線性作用從其它潮波轉(zhuǎn)化而來[6]，因此迅速減小到0.1 cm，這也說明了M6分潮異常增長的最主要的原因就是M6潮發(fā)生共振。

上述三個實驗共同證明了共振效應(yīng)是大亞灣內(nèi)M6分潮快速成長的重要原因。破壞掉其共振條件之后，M6分潮的成長會受到很大的制約。

3.1.2 驗證M6增長的能量來源于何處 分別設(shè)計了實驗5、實驗6、實驗7三個實驗，分別采用M2，M2+M4，M2+M4+M6三個開邊界驅(qū)動條件來觀察M6分潮的成長情況。

在實驗5中，在M2驅(qū)動的情況OCE5，根據(jù)經(jīng)典二次底摩擦理論[1]，M2分潮在二次底摩擦的作用下可以形成奇數(shù)次的高階分潮(如M6)，此時二次底摩擦項是產(chǎn)生M6的最重要的途徑，可以看到從M2向M4，M6分潮轉(zhuǎn)移的能量還是很有限的。分別為灣口處的0.2和0.3 cm和灣頂處的0.55 和0.66 cm，分別增長為自身的兩倍。但此時的潮高與標(biāo)準(zhǔn)實驗相比它們只有標(biāo)準(zhǔn)實驗的5%左右。

在M2+M4驅(qū)動的情況下，M6分潮的相對于只有M2驅(qū)動的情況，增長為1.6和3.63 cm。相比較于單獨M2，M2+M4兩分潮的共同作用下，增長有了較為明顯的增大，這是由于根據(jù)諧波的疊加公式，M6分潮也可以由M2和M4這兩個分潮疊加所產(chǎn)生。但是相對于實測值，在開邊界上M2+M4這兩個開邊界所產(chǎn)生的M6分潮依然很小，與標(biāo)準(zhǔn)實驗相比，相當(dāng)于基準(zhǔn)實驗的25%左右。

在M2+M4+M6三分潮的共同驅(qū)動下，M6分潮的成長才有了較為明顯的成長，甚至超過了標(biāo)準(zhǔn)實驗，達(dá)到基準(zhǔn)實驗的120%左右。對比實驗5中，M6潮高0.6 cm 和實驗7中潮高12.93 cm，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過非線性作用轉(zhuǎn)化為的M6僅占總M6的4.6%；對比實驗6中的M6潮高3.63 cm和實驗7中的12.93 cm，經(jīng)計算得到由M2和M4之間的相互作用生成的M6占比例為23.4%；因此可以得出，在大亞灣內(nèi)M6分潮的增長主要是其自身從外海向灣頂傳播過程中的自身成長，占比例為72.0%。

另外需要提及的是在調(diào)整整個模型的開邊界的過程中，本文注意到從外海傳入很微小的M6就可以在灣頂產(chǎn)生大的振幅，例如：在31個開邊界點上，選取離岸距離最遠(yuǎn)的第15點，開邊界上M6的量值在該點僅設(shè)為0.62 cm，傳播到灣口的T2站時M6的量值已經(jīng)增大到3.83 cm，增長了自身的6.17倍。隨著潮波的繼續(xù)深入，M6在灣頂?shù)腡1站繼續(xù)增大，達(dá)到10.80 cm，增長為自身的17.4倍。此時的大小已經(jīng)與M4分潮的13.17 cm同量級。從前面的分析可知M6的成長超過70%的部分來源于自身的成長，所以如果在開邊界上不加入這個微小的M6項，T1站的M6分潮增長是很小的，很難模擬準(zhǔn)確。

M6分潮向內(nèi)傳播的過程中M6三部分能量的變化情況可以用對比三組實驗中灣口T2與灣頂T1站M6的大小的方法來刻畫，只有M2驅(qū)動的情況可以發(fā)現(xiàn)完全由非線性轉(zhuǎn)化來的M6增長了自身的2倍，從0.3 cm增長到了0.6 cm；而M2+M4驅(qū)動的情況中拋去M2單獨產(chǎn)生的，可以得到M2與M4分潮相互作用生成的M6在從灣口向灣頂傳播的過程中增長了自身的2.33倍；而M2+M4+M6三個分潮的共同驅(qū)動的條件下拋去前兩種情況，M6自身的成長達(dá)到了2.51倍。這三部分的能量在從灣口至灣頂?shù)膫鞑ブ芯鲩L了自身的2～2.5倍。說明M6分潮三部分的來源均發(fā)生共振作用。

3.1.3 將二次底摩擦轉(zhuǎn)為線性底摩擦 在一維線性理論中二次底摩擦項是生成M6分潮的很重要的機(jī)制，本文參照徐鵬博士論文的方法[21]利用傅里葉展開得到的公式k=8cdA/3π，將二次底摩擦轉(zhuǎn)化為線性底摩擦， 其中：k和cd分別表示線性和二次底拖曳系數(shù)；A代表潮流振幅。并且使用此公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可以保證線性摩擦和二次底摩擦在大亞灣內(nèi)的潮能耗散基本一致。在這里潮流振幅取0.1 m/s, 將FVCOM源代碼中的二次底摩擦系數(shù)置為一次，同時將二次底摩擦公式轉(zhuǎn)化為一次形式，在其它條件不變的條件下，重新計算。實驗8結(jié)果顯示M2、M4分潮潮高有了小幅度的變化，不是特別明顯，而M6分潮的潮高卻發(fā)生了顯著的變化，在灣口處變?yōu)?.09 cm，占標(biāo)準(zhǔn)實驗的25.1%。在灣頂處潮高僅有2.43 cm, 占標(biāo)準(zhǔn)實驗的的23.2%左右。該數(shù)值實驗表明，二次底摩擦項在M6異常增長的過程中作用是很關(guān)鍵的，說明M6分潮在大亞灣內(nèi)的共振放大作用離不非線性二次底摩擦的作用。若除去二次底摩擦，M6分潮在潮波傳播過程中就不能通過各種非線性作用攫取能量，共振放大作用也就發(fā)揮不了任何作用。二次底摩擦項是其它各主要分潮向M6分潮轉(zhuǎn)移能量的基本的機(jī)制。

在這里需要著重說明一下二次底摩擦和共振效應(yīng)在此處的區(qū)別：二次底摩擦項是能量轉(zhuǎn)移的最基本機(jī)制，而分潮在大亞灣的共振決定了它能成長到多大的程度，在沒有共振發(fā)生的海域M6分潮也是存在的，但是量值相比1/4分潮很微小。

另外，在該模型的基礎(chǔ)上還進(jìn)行了非線性對流項以及潮灘等可能影響到M6分潮機(jī)制的因素的實驗，但是因為大亞灣海域內(nèi)潮灘面積較小，對結(jié)果的影響不大，同時非線性對流項對M6分潮共振的影響不大，在這里不多做討論。

4 結(jié)語

實測數(shù)據(jù)表明M6分潮的異常增長是導(dǎo)致大亞灣內(nèi)潮汐“雙峰”現(xiàn)象的最主要原因。并且在兩個測站之間M6增長達(dá)到了183.4%，2MS6增長182.8%。這種異常增長是比較罕見的。構(gòu)建的FVCOM數(shù)值模型中的M6同潮圖可知，在計算海域，M6存在兩個無潮點，一個位于灣外開邊界附近，一個位于右側(cè)的陸地上，這與矩形等深渠道共振理論中在1/4，3/4處出現(xiàn)無潮點的理論是相符的，只是大亞灣的實際情況是由于淺水效應(yīng)的顯著影響，導(dǎo)致灣口處的無潮點被迫轉(zhuǎn)移到陸地上。實驗2、3、4三個破壞性數(shù)值實驗的結(jié)果表明，在破壞掉大亞灣內(nèi)的共振條件后，M6潮高均顯著減小，證明共振效應(yīng)確實是引起該分潮增大的原因。能量來源實驗5、6、7數(shù)值實驗表明，M6分潮共振成長主要能量來源來自自身的成長，占到了72.0%；經(jīng)過非線性作用轉(zhuǎn)化的M6僅占總M6的4.6%；由M2和M4之間的相互作用生成的M6占比例為23.4%，說明M6本身的共振狀態(tài)是攫取能量的最重要的途徑。實驗8 線性底摩擦實驗中，將二次底摩擦置為一次，M6的成長很小，表明二次底摩擦在M6成長的過程中也是十分關(guān)鍵的，分潮在大亞灣內(nèi)的共振放大作用離不開潮波傳播過程中的非線性二次底摩擦的作用。若除去二次底摩擦，M6分潮就不能通過各種非線性作用攫取能量，共振放大作用也就發(fā)揮不了任何作用。這里需要重點說明的是二次底摩擦項與共振效應(yīng)在M6成長中的不同作用：二次底摩擦項應(yīng)是M6分潮生成和增長的最根本原因和最基本的控制因子。潮波在傳播過程中主要通過非線性底摩擦效應(yīng)進(jìn)行潮波間的相互作用并向M6分潮進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移。灣內(nèi)的M6分潮共振現(xiàn)象對M6分潮起到了重要的放大作用，特別是在大亞灣灣頂，M6分潮的共振放大作用特別明顯，達(dá)到與M4分潮同量級。但是共振本身需要通過潮波傳播過程中的非線性底摩擦作用獲取所需能量，離開了潮波傳播過程中的非線性底摩擦作用就不會存在共振放大作用。

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Abstract： The observation data in the Daya Bay shows the double peak tide phenomenon, and the harmonic analysis reveals that M6tide′s significant growth is the main cause of this phenomenon and it doubles itself between the two observation stations. According to the M6cotidal chart, which is based on the established FVCOM model in Daya Bay, we can find that there are two amphidromic points in this area, one is near the open boundary and the other is located on the land of the right side of the estuary. This can be explain by the resonance effect happened in a straight channel with constant water depth, the amphidromic points will located to the 1/4 and 3/4 of the wave length. But as the shoaling effect in the reality, the first point is forced to move onto the land. Three group of numerical experiments have been done: after the depth and length of the bay are changed, the resonance condition will be changed, and the result is M6tide’s height decrease significantly, which proves that the resonance effect is the main cause of the M6abnormal growth. And the energy distribution of the M6growth: 72% come from it own amplification, while 4.6% come from nonlinear effect and 23.4% come from the M2and M4mutual effect. When the quarter bottom friction transformed in to linear form, the M6tide can not get energy from other tides through the nonlinear effect and then the resonance effect could not function as well.

Key words： Daya Bay; M6tide; tide resonance; FVCOM; numerical experiment

責(zé)任編輯 龐 旻

The Generation Mechanism of the Double Peak Tidal Elevation in Daya Bay

DIAO Xi-Liang1,2， DING Yang2， BAO Xian-Wen1,2

(1.College of Ocean and Atmosphere，Ocean University of China，Qingdao 266100，China; 2. The Key Lab of Physical Oceanography，Ministry of Education，Ocean University of China, Qingdao 266100，China)

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目(2015CB452900)資助 Supported by the National Key Basic Research and Development Program (2015CB452900)

2016-08-21；

2016-11-29

刁希梁(1989-)， 男， 碩士生。 E-mail:xiliangdiao@163.com

?? 通訊作者： E-mail：xianwenbao@126.com

P595

A

1672-5174(2017)09-001-10

10.16441/j.cnki.hdxb.20160291

刁希梁， 丁揚(yáng)， 鮑獻(xiàn)文. 大亞灣海域潮位“雙峰”現(xiàn)象生成機(jī)制研究[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2017, 47(9): 1-10.

DIAO Xi-Liang， DING Yang， BAO Xian-Wen.The generation mechanism of the double peak tidal elevation in Daya Bay[J].Periodical of Ocean University of China, 2017, 47(9): 1-10.