[科普中國(guó)]-淺水分潮

淺水分潮是由于潮波在淺水區(qū)變形和干涉引起的分潮。潮波傳入淺水區(qū)域后，受到地形的影響發(fā)生變形。在進(jìn)行淺水區(qū)潮汐預(yù)報(bào)時(shí)，為了提高預(yù)報(bào)的精度，可將淺水區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的潮波變化設(shè)想成由某些假想天體所引起的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的疊加1。

淺水分潮周期淺水分潮是分潮的一種，分潮波中主要有全日分潮、半日分潮、長(zhǎng)周期分潮和淺水分潮等。

分潮是潮波中的組成波。潮波常用一系列分潮波之和來(lái)表示。即將海水面的潮波變化分解成許多簡(jiǎn)單而規(guī)則的簡(jiǎn)諧分振動(dòng)，每個(gè)分振動(dòng)稱為一個(gè)分潮波，亦稱分潮2。

引潮力場(chǎng)可以分解為許多分場(chǎng)，每一分場(chǎng)都為一諧和振動(dòng)，每一分振動(dòng)（即每一諧和振動(dòng)），稱為一個(gè)分潮。分潮的周期，和引潮力各分場(chǎng)的周期一一對(duì)應(yīng)。從理論上，分潮的數(shù)目很多，但大部分影響不大。大量的觀測(cè)和實(shí)際表明，在一般情況下，潮汐的變化只要采用近百個(gè)分潮便可準(zhǔn)確地推算實(shí)際潮汐了。而從實(shí)用上，通常只要選用其中8個(gè)較大的分潮，就可得到偏差不大的結(jié)果。常用的8個(gè)分潮是：太陰主要半日分潮，以符號(hào)M2表示，周期12.4206時(shí)；太陽(yáng)主要半日分潮，以符號(hào)S2表示，周期12.0000時(shí)；太陰主要橢率半日分潮，以符號(hào)N2表示，周期12.6583時(shí)；太陰——太陽(yáng)赤緯半日分潮，以符號(hào)K2表示，周期11.9672；時(shí)；太陰——太陽(yáng)赤緯全日分潮，以符號(hào)K1表示，周期23.9345時(shí)太陰赤緯全日分潮，以符號(hào)O1表示，周期25.8193時(shí)；太陽(yáng)赤緯全日分潮，以符號(hào)P1表示，周期24.0659時(shí)；太陰主要橢率全日分潮，以符號(hào)Q1表示，周期26.8684時(shí)。這8個(gè)分潮，前四個(gè)是半日分潮，后四個(gè)是全日分潮3。

淺水分潮為高次簡(jiǎn)諧項(xiàng)，其周期為主要分潮的幾分之一。常用的淺水分潮有M4（太陰淺水1/4日分潮），M6（太陰淺水1/6日分潮）和太陰太陽(yáng)淺水1/4日分潮1。

蘇北淺灘淺水分潮特征蘇北淺灘特殊的輻射沙洲地形和及其復(fù)雜的水動(dòng)力系統(tǒng)使得國(guó)內(nèi)外學(xué)者越來(lái)越關(guān)注這片海域。近年來(lái)大量的觀測(cè)工作在這里展開(kāi)，但是礙于條件的惡劣和觀測(cè)手段的限制，研究工作局限在有限的個(gè)別站點(diǎn)上，對(duì)于當(dāng)?shù)毓殖钡淖饔脵C(jī)理和沙脊群的成因機(jī)制尚有爭(zhēng)議，眾說(shuō)紛紜4。

蘇北淺灘主體是淤泥質(zhì)平原海岸，水文狀況極其復(fù)雜：岸外廣泛分布著明沙暗脊和潮汐水道，地形變化劇烈，水淺流急，淺灘整體呈輻射狀分布，其南端是長(zhǎng)江入海口。已有的研究表明，對(duì)于此類淺水地形，潮汐的非線性作用明顯，受底摩擦和天文潮之間的相互作用會(huì)產(chǎn)生倍潮波和復(fù)合潮4。

M4分潮在蘇北淺灘海域M4分潮較為復(fù)雜，存在三個(gè)無(wú)潮點(diǎn)。兩個(gè)位于淺灘北側(cè)靠近西洋水道，另一個(gè)是啟東以北小廟洪水道處退化了的無(wú)潮點(diǎn)。

淺灘南北兩側(cè)各有一個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)潮波，淺灘內(nèi)存在一個(gè)順時(shí)針?lè)较虻男》秶D(zhuǎn)潮波系統(tǒng)，無(wú)潮點(diǎn)位于121.2°E、33.0°N。就整個(gè)蘇北淺灘M4分潮而言，淺灘東南方向主要受南側(cè)的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)潮波影響，不過(guò)由于是退化了的無(wú)潮點(diǎn)，潮波在淺灘處呈平行于岸線的前進(jìn)波形態(tài)；在北側(cè)較為復(fù)雜，受兩個(gè)旋轉(zhuǎn)潮波系統(tǒng)的共同作用。對(duì)于M4分潮的振幅，整體由外海向近岸迅速增大，在江蘇沿岸最大能達(dá)到14cm以上，在外海振幅低于2cm，并且在長(zhǎng)江口以北海域振幅變化劇烈并且總體振幅較大，最大能達(dá)到10cm以上4。

MS4和M6分潮M4分潮相比同樣存在兩個(gè)無(wú)潮點(diǎn)和一個(gè)退化的無(wú)潮點(diǎn)，不過(guò)兩個(gè)無(wú)潮點(diǎn)的位置有明顯的南移。無(wú)潮點(diǎn)由淺灘北側(cè)轉(zhuǎn)移到呂四港北面的淺灘中部海區(qū)，并且原先呈南北方向排列的兩個(gè)無(wú)潮點(diǎn)變?yōu)闁|西排列，西側(cè)為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)而東側(cè)是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。就蘇北淺灘而言，整體仍處于兩個(gè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)潮波和一個(gè)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)潮波系統(tǒng)中。在振幅方面，MS4分潮的振幅相對(duì)于M4分潮偏小，在蘇北淺灘大約達(dá)到10cm左右。振幅在近岸密集在外海稀疏4。

地形對(duì)淺水分潮分布特征的理想實(shí)驗(yàn)淺水地形，尤其是潮汐涌道存在的條件下，潮波的非線性作用明顯，尤其是以M4、MS4和M6分潮為代表的淺水分潮振幅遲角變化劇烈，這主要受制于急劇變化的地形及水深等方面，對(duì)于蘇北淺灘整體即處于復(fù)雜的淺水潮波系統(tǒng)作用中，并且存在4個(gè)主要水道。已有的資料表明，西洋水道和沙洋水道系統(tǒng)均呈東西走向，并且東側(cè)開(kāi)闊僅西側(cè)受岸線拘束，東側(cè)的水道開(kāi)口直接面向外海，南北兩側(cè)的西洋水道和小廟洪水道靠近近岸，水道狹長(zhǎng)，受地形限制較多。根據(jù)本次模擬結(jié)果，在淺灘南北側(cè)共存在3個(gè)無(wú)潮點(diǎn)并且3個(gè)無(wú)潮點(diǎn)的分布基本位于西洋和小廟洪水道附近，這可能是水道和當(dāng)?shù)氐匦蔚墓餐饔谩?/p>

為此，理想實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步控制地形變量，具體由瓊港向淺灘外延平滑，蘇北淺灘處理為以瓊港為頂點(diǎn)逐漸向外海水深線性加深的斜坡，斜坡底水深為15m左右。圖1為理想實(shí)驗(yàn)地形示意圖。由此得到了沒(méi)有潮汐水道和暗脊的理想地形下的模擬結(jié)果M2及M4，如圖2所示。a.圖顯示理想實(shí)驗(yàn)下的M2分潮傳播過(guò)程與實(shí)際地形條件下幾近一致，遲角略有提前，主要原因在于平滑的地形減弱了淺灘本身對(duì)潮波的阻擋作用。b.圖的M4分潮與前文模擬結(jié)果出入較大，沒(méi)有無(wú)潮點(diǎn)出現(xiàn)，但是在淺灘南北兩側(cè)有形成逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)潮波的趨勢(shì)。這種M2分潮沒(méi)有明顯變化，但M4分潮劇烈變化的結(jié)果表明，地形對(duì)蘇北淺灘海區(qū)以M4為代表的淺水分潮作用強(qiáng)烈，水道、沙脊等局地地貌參與了當(dāng)?shù)販\水分潮無(wú)潮點(diǎn)的形成，并且對(duì)潮波的傳播過(guò)程有決定性作用。值得一提的是，雖然遲角的變化幅度很大但振幅與圖3量級(jí)一致，這體現(xiàn)出M4分潮的振幅可能主要受到淺灘本身的坡度影響4。

結(jié)論對(duì)于海灣、灘涂等淺水地區(qū)，水動(dòng)力情況復(fù)雜，除了天文分潮的作用，這類地區(qū)還會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的淺水分潮。對(duì)淺水分潮的研究有助于理解當(dāng)?shù)貜?fù)雜的水動(dòng)力環(huán)境。

蘇北淺灘的M4、MS4和M6分潮，結(jié)果顯示M4和MS4分潮各有2個(gè)無(wú)潮點(diǎn)和1個(gè)退化了的無(wú)潮點(diǎn)，M6分潮存在3個(gè)無(wú)潮點(diǎn)。淺灘整體處于2個(gè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)和1個(gè)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的淺水潮波系統(tǒng)作用下。模擬的結(jié)果與前人的研究有相似也有區(qū)別，地形的精度和淺灘地貌的逐年變化可能是導(dǎo)致差異的主要原因4。

在平滑掉淺灘內(nèi)水道和沙脊的理想實(shí)驗(yàn)下，M2分潮傳播過(guò)程幾無(wú)變化而M4分潮的無(wú)潮點(diǎn)消失，但振幅沒(méi)有明顯區(qū)別，說(shuō)明淺灘本身存在的坡度可能是影響淺水分潮在此振幅大小的主要因素；水道和沙脊地貌參與了淺水分潮無(wú)潮點(diǎn)的形成并且對(duì)當(dāng)?shù)販\水分潮的分布起到?jīng)Q定性作用4。

我國(guó)淺水分潮預(yù)報(bào)軟件研究現(xiàn)狀在淺海河口地區(qū)，由于曲折的岸線、海底摩擦作用，以及與淺海分潮有關(guān)的不同分潮之間相互作用的影響，使以往潮汐分析和預(yù)報(bào)模式在實(shí)際應(yīng)用中存在一定誤差，尤其是對(duì)于高低潮位和潮時(shí)預(yù)報(bào)，往往與實(shí)際測(cè)里數(shù)值偏差較大。

上海市自然科學(xué)基金項(xiàng)目-提高潮汐預(yù)報(bào)精度方法與應(yīng)用軟件研究，是對(duì)潮汐學(xué)中實(shí)用預(yù)報(bào)技術(shù)的更高層次的探索，已由上海計(jì)算技術(shù)研究所全面完成。我國(guó)基于HSWC原理，在方法上進(jìn)行了創(chuàng)新和改造，具有我國(guó)自己的特色，方法嚴(yán)格、合理，為軟件開(kāi)發(fā)建立了精確的算法基礎(chǔ)淺水分潮預(yù)報(bào)軟件的研發(fā)，提高了高低潮位和潮時(shí)預(yù)報(bào)精度，改善了長(zhǎng)期預(yù)報(bào)的質(zhì)量，特別是對(duì)淺水影響顯著的地區(qū)的超常水位自報(bào)和預(yù)報(bào)的精度提高更為明顯5。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王強(qiáng) - 副教授 - 西南大學(xué)