靖海灣春季實測潮流與溫鹽特征分析*

李智航，孫 璐，陳 潔

(國家海洋局南海環境監測中心自然資源部南海局,廣東廣州 510300)

0 引言

靖海灣為粵東夏季上升流的多發區域，春季隨著季風的轉換，雖然無上升流活動，但在徑流、環流等因素驅動下，仍然表現出復雜的海流運動特征[1-4]。南海北部受季風影響，水文和水動力的季節變化特征明顯，已有的海流運動研究以船測、浮標/潛標、遙感和數值模擬為主[5-10]。歷史資料顯示：廣東惠來靖海灣海域屬于不規則半日潮，平均潮差小于1 m，大潮平均潮差小于1.5 m，潮汐作用較弱。靖海灣潮流以不正規半日潮流為主，頂流速較小，北炮臺以東海域流速較大。潮流流向大部分具有往復流性質，漲潮流為東北向，落潮流為西南向。在離岸較遠且受地形影響較小處，其潮流運動形式為略帶旋轉流的往復流。余流方向為東北至東向。靖海灣附近無較大的河流入海，僅為間歇性小溪和瀉湖排洪入海，泥沙來源少[11-15]。近年來較少看到該海域海流實測分析的報道，本研究將豐富該方面的內容。本文從現場水文觀測資料分析著手，通過準調和分析獲得潮流調和常數與橢圓要素，計算得到潮流性質、各分潮潮流特征和余流特征，并預測最大可能海流流速對靖海灣海域潮汐運動的影響，擬豐富區域海洋基礎背景資料，為合理利用水利資源和海洋經濟可持續發展提供科學依據。

1 數據與方法

1.1 數據來源

數據源自2015年4月大潮期廣東靖海灣海域周日海流、水溫和鹽度連續觀測資料(共4個連續觀測站，觀測站位置見圖1)。具體觀測時間為4月2日16時-4月3日17時，期間H4站還進行了定點氣象觀測，觀測時刻為當日的16時、19時和22時，以及次日的1時、4時、7時、10時、13時和16時。其中，海流觀測儀器為Seaguaed RCM SW型安德拉海流計，水溫和鹽度觀測儀器為Seabird CTD，觀測頻次均為1 h/次。

圖1 廣東靖海灣海域海流觀測站位置

1.2 數據分析與計算

參考文獻[10]方法，分別對各站各層海流資料進行準調和分析，應用差比關系法計算太陰主要半日分潮M2、太陽主要半日分潮S2、太陰赤緯半日分潮O1、太陽赤緯半日分潮K1、太陰淺水1/4分潮M4、太陰太陽1/4分潮MS4等6個分潮的潮流調和常數、橢圓要素和余流。潮流性質的劃分采用潮流性質系數F=(WO1+WK1)/WM2作為判別標準，其中WO1為O1的最大流速，WK1為K1的最大流速，WM2為M2的最大流速。潮流性質劃分標準如下：F≤0.5 為正規半日潮性質；0.54.0 為正規日潮。

潮流理論最大可能潮流Vmax計算公式為

Vmax=1.295WM2+1.245WS2+WK1+WO1+WM4+WMS4，

(1)

Vmax=WM2+WS2+1.6WK1+1.45WO1，

(2)

式中WM2、WS2、WK1、WO1、WM4、WMS4分別為對應分潮流的最大流速。取兩式計算所得結果的較大者作為理論最大可能潮流。

2 結果與分析

2.1 氣象觀測結果

根據H4站定點氣象觀測結果，調查期間：天氣狀況為晴；風向穩定，風速0.2-4.2 m/s，風向西南；海況2級；氣壓1 004.2-1 007.6 hPa；氣溫日變化特征顯著，為20.7-25.6℃。

2.2 海流觀測結果

海流觀測的統計結果顯示，H2、H4站海流強于H1、H3站，其中H1站表層、中層和底層海流均為帶旋轉的往復流(NE-SW向)，旋轉流為順時針方向。H2、H3、H4站海流性質較接近，各站表層、中層和底層均為略帶旋轉的往復流(NE-SW向)，旋轉流為順時針方向(圖2)。海流過程曲線以H1站為例，如圖3所示。

圖2 廣東靖海灣海域海流矢量圖

圖3 H1站海流過程矢量圖

觀測期間內，H1站表層比中層和底層海流流速略大，中層和底層海流流向大體一致，與表層略有差異。其中：表層、中層和底層海流的平均流速分別為0.15，0.13，0.14 m/s；表層、中層和底層海流的最大流速分別為0.28，0.22，0.24 m/s。表層達到最大海流時流向為西南向，中層和底層達到最大海流時流向為東北向(表1)。

H2站各層海流流速大小相當，各層海流流向較一致。其中：表層、中層和底層海流的平均流速分別為0.38，0.34，0.32 m/s；表層、中層和底層海流的最大流速分別為0.66，0.58，0.58 m/s。表層達到最大海流時流向為東南向，中層和底層達到最大海流時流向為東北向(表1)。

H3站各層海流流速大小相當，各層海流流向較一致。其中：表層、中層和底層海流的平均流速分別為0.14，0.15，0.15 m/s；表層、中層和底層海流的最大流速分別為0.32，0.39，0.28 m/s。表層和中層達到最大海流時流向為東南向，底層達到最大海流時流向為東北向(表1)。

H4站各層海流流速相當，各層海流流向較一致。其中：表層、中層和底層海流的平均流速分別為0.35，0.31，0.30 m/s；表層、中層和底層海流的最大流速分別為0.59，0.59，0.58 m/s。表層達到最大海流時流向為南向，中層和底層達到最大海流時流向為東北向(表1)。

表1 各站點海流特征值統計

以往調查資料顯示：本海區海流流速為0.1-0.6 m/s，潮流主要呈現往復流性質，表層、中層、底層各層的潮流方向相差很小，且基本呈漲潮潮流量大于落潮的特點;漲潮流作用具有一定的優勢，流速平面分布上呈愈往外海流速愈大的特點， 潮段平均流速也基本呈現灣內較小、外海較大趨勢；潮段歷時表現為漲潮段歷時大于落潮段歷時的特點[11-15]。本次海流調查分析結果與以往結論基本一致，較以往報道(2011年)更新了近5年的調查數據。

2.3 溫度和鹽度觀測結果

海流觀測期間，各站(H1、H2、H3和H4)每2 h進行1次溫度和鹽度觀測，溫度和鹽度觀測層次與海流觀測層次相同。除H2站鹽度比其余各站鹽度略高外，各站之間水溫和鹽度差異不大，數值較接近，說明水體性質單一，水平向分布均勻；各站中層、底層水溫和鹽度值接近，表層溫度明顯高于中層和底層；除H1站外，其余各站中層和底層鹽度略高于表層，垂向結構特征明顯。

水溫和鹽度的時間變化過程與潮流運動密切相關：漲潮時，鹽度值逐漸增加，高平潮時達到鹽度極大值；落潮時，鹽度值逐漸降低，低平潮時達到鹽度極小值。各站水溫時間變化特征與潮位變化的相關性更強。

2.4 潮流特征

各站層的潮流性質系數F值見表2。由表2可看出：各站層的F值為0.42-1.70，靖海灣的潮流主要為不正規半日潮流。F值的最小值為0.42，出現在H2站中層；最大值為1.70，出現在H4站底層。以往調查資料也顯示，該海域潮流特征以不正規半日潮流為主[11-15]，與本次結果一致。

表2 潮流性質系數

根據調和分析結果計算主要分潮流的橢圓要素，并將M2分潮流的橢圓率制成表3。

本海區各站各層的O1、K1分潮與M2分潮橢圓長半軸方向近似，說明各分潮傳播方向一致，都是受附近地形的影響(表3)。由于半日分潮流M2在整個潮流中占支配地位，所以可以通過分析M2分潮的變化來揭示各站潮流特征。各站層M2分潮流的橢圓率絕對值為0.02-0.34，其值均較小，說明潮流受地形影響較大，各站各分潮橢圓長半軸方向基本與岸線平行或與水道方向一致，距離岸邊較遠時，潮流受地形影響減弱(表3)。本海區的潮流旋轉方向全部表現為順時針。

表3 M2分潮流最大可能流速、傾角及橢圓率

各站從表層到底層 M2分潮流最大潮流到達時間大致相同，其中H1站各層M2分潮最大可能流速為0.16-0.19 m/s，表層最大；H2站各層M2分潮最大可能流速為0.31-0.38 m/s，表層最大；H3站各層M2分潮最大可能流速為0.14-0.15 m/s，中層最大；H4站各層M2分潮最大可能流速為0.26-0.32 m/s，表層最大。從M2分潮流最大可能潮流流速分析結果來看， M2半日潮流由大到小依次為H2站、H4站、H1站、H3站。

表4為計算得到的各站層最大可能潮流，可以看到：H3站表層與其他站位表層相比，理論最大可能潮流流速均較其他站位小；H2站表層理論最大可能潮流流速最大，為1.14 m/s；H1、H2站表層最大可能潮流流速明顯大于中層和底層；H3、H4站各層最大可能潮流流速大小相當。其中，H1站各層最大可能潮流流速為0.24-0.53 m/s，表層最大；H2站各層最大可能潮流流速為0.44-1.14 m/s，表層最大；H3站各層最大可能潮流流速為0.25-0.33 m/s，底層最大；H4站各層最大可能潮流流速為0.81-0.98 m/s，底層最大。各站層最大可能潮流流向與M2分潮的橢圓長半軸方向趨近于一致，均為東北向。

表4 最大可能潮流流速大小和方向

2.5 余流特征

各站表層、中層和底層余流流速大小和方向如表5所示。表5顯示，H2站和H4站余流流速比H1、H3站強，H2、H3和H4站余流方向較一致,受風場影響[16]。其中H1站表層、中層和底層余流流速大小分別為0.02，0.05，0.04 m/s，受地形影響各層余流方向均為西北向[16]；H2站表層、中層和底層余流流速大小分別為0.18，0.17，0.17 m/s，各層余流方向均為東北偏東向；H3站表層、中層和底層余流流速大小分別為0.06，0.07，0.07 m/s，各層余流方向均為偏東向；H4站表層、中層和底層余流流速大小分別為0.14，0.13，0.14 m/s，各層余流方向也均為偏東向。

表5 余流流速大小和方向

3 結論

本文對2015年春季大潮期間靖海灣海域海溫、鹽度和海流實測資料進行統計與調和分析。研究結果表明：靖海灣海域的海流表現出明顯的往復流特征，往復方向為NE-SW向;潮流類型為不正規半日潮流，其中各站層的F值為0.42-1.70;M2分潮流的橢圓率絕對值為0.02-0.34，潮流受到地形影響較大，各站各分潮橢圓長半軸方向基本與岸線平行或與水道方向一致；O1、K1分潮與M2分潮橢圓長半軸方向近似，說明各分潮傳播方向一致，都是受附近地形的影響;潮流旋轉方向全部表現為順時針;理論最大可能潮流流速最大為1.14 m/s;余流流向受風場影響，以偏東向為主；水溫和鹽度差異不大，數值較接近，說明水體性質單一，水平向分布均勻；各站中層和底層水溫和鹽度值接近，表層溫度明顯高于中層和底層；除H1站外，其余各站中層和底層鹽度略高于表層，垂向結構特征明顯。

本研究更新了靖海灣近5年實測數據和結果，豐富了該海域水文、水動力基礎資料，為當地海洋工程建設、海洋經濟開發以及防災減災提供了數據支持和參考。