靖海湾春季实测潮流与温盐特征分析*

李智航，孙 璐，陈 洁

(国家海洋局南海环境监测中心自然资源部南海局,广东广州 510300)

0 引言

靖海湾为粤东夏季上升流的多发区域，春季随着季风的转换，虽然无上升流活动，但在径流、环流等因素驱动下，仍然表现出复杂的海流运动特征[1-4]。南海北部受季风影响，水文和水动力的季节变化特征明显，已有的海流运动研究以船测、浮标/潜标、遥感和数值模拟为主[5-10]。历史资料显示：广东惠来靖海湾海域属于不规则半日潮，平均潮差小于1 m，大潮平均潮差小于1.5 m，潮汐作用较弱。靖海湾潮流以不正规半日潮流为主，顶流速较小，北炮台以东海域流速较大。潮流流向大部分具有往复流性质，涨潮流为东北向，落潮流为西南向。在离岸较远且受地形影响较小处，其潮流运动形式为略带旋转流的往复流。余流方向为东北至东向。靖海湾附近无较大的河流入海，仅为间歇性小溪和泻湖排洪入海，泥沙来源少[11-15]。近年来较少看到该海域海流实测分析的报道，本研究将丰富该方面的内容。本文从现场水文观测资料分析着手，通过准调和分析获得潮流调和常数与椭圆要素，计算得到潮流性质、各分潮潮流特征和余流特征，并预测最大可能海流流速对靖海湾海域潮汐运动的影响，拟丰富区域海洋基础背景资料，为合理利用水利资源和海洋经济可持续发展提供科学依据。

1 数据与方法

1.1 数据来源

数据源自2015年4月大潮期广东靖海湾海域周日海流、水温和盐度连续观测资料(共4个连续观测站，观测站位置见图1)。具体观测时间为4月2日16时-4月3日17时，期间H4站还进行了定点气象观测，观测时刻为当日的16时、19时和22时，以及次日的1时、4时、7时、10时、13时和16时。其中，海流观测仪器为Seaguaed RCM SW型安德拉海流计，水温和盐度观测仪器为Seabird CTD，观测频次均为1 h/次。

图1 广东靖海湾海域海流观测站位置

1.2 数据分析与计算

参考文献[10]方法，分别对各站各层海流资料进行准调和分析，应用差比关系法计算太阴主要半日分潮M2、太阳主要半日分潮S2、太阴赤纬半日分潮O1、太阳赤纬半日分潮K1、太阴浅水1/4分潮M4、太阴太阳1/4分潮MS4等6个分潮的潮流调和常数、椭圆要素和余流。潮流性质的划分采用潮流性质系数F=(WO1+WK1)/WM2作为判别标准，其中WO1为O1的最大流速，WK1为K1的最大流速，WM2为M2的最大流速。潮流性质划分标准如下：F≤0.5 为正规半日潮性质；0.54.0 为正规日潮。

潮流理论最大可能潮流Vmax计算公式为

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分别为对应分潮流的最大流速。取两式计算所得结果的较大者作为理论最大可能潮流。

2 结果与分析

2.1 气象观测结果

根据H4站定点气象观测结果，调查期间：天气状况为晴；风向稳定，风速0.2-4.2 m/s，风向西南；海况2级；气压1 004.2-1 007.6 hPa；气温日变化特征显著，为20.7-25.6℃。

2.2 海流观测结果

海流观测的统计结果显示，H2、H4站海流强于H1、H3站，其中H1站表层、中层和底层海流均为带旋转的往复流(NE-SW向)，旋转流为顺时针方向。H2、H3、H4站海流性质较接近，各站表层、中层和底层均为略带旋转的往复流(NE-SW向)，旋转流为顺时针方向(图2)。海流过程曲线以H1站为例，如图3所示。

图2 广东靖海湾海域海流矢量图

图3 H1站海流过程矢量图

观测期间内，H1站表层比中层和底层海流流速略大，中层和底层海流流向大体一致，与表层略有差异。其中：表层、中层和底层海流的平均流速分别为0.15，0.13，0.14 m/s；表层、中层和底层海流的最大流速分别为0.28，0.22，0.24 m/s。表层达到最大海流时流向为西南向，中层和底层达到最大海流时流向为东北向(表1)。

H2站各层海流流速大小相当，各层海流流向较一致。其中：表层、中层和底层海流的平均流速分别为0.38，0.34，0.32 m/s；表层、中层和底层海流的最大流速分别为0.66，0.58，0.58 m/s。表层达到最大海流时流向为东南向，中层和底层达到最大海流时流向为东北向(表1)。

H3站各层海流流速大小相当，各层海流流向较一致。其中：表层、中层和底层海流的平均流速分别为0.14，0.15，0.15 m/s；表层、中层和底层海流的最大流速分别为0.32，0.39，0.28 m/s。表层和中层达到最大海流时流向为东南向，底层达到最大海流时流向为东北向(表1)。

H4站各层海流流速相当，各层海流流向较一致。其中：表层、中层和底层海流的平均流速分别为0.35，0.31，0.30 m/s；表层、中层和底层海流的最大流速分别为0.59，0.59，0.58 m/s。表层达到最大海流时流向为南向，中层和底层达到最大海流时流向为东北向(表1)。

表1 各站点海流特征值统计

以往调查资料显示：本海区海流流速为0.1-0.6 m/s，潮流主要呈现往复流性质，表层、中层、底层各层的潮流方向相差很小，且基本呈涨潮潮流量大于落潮的特点;涨潮流作用具有一定的优势，流速平面分布上呈愈往外海流速愈大的特点， 潮段平均流速也基本呈现湾内较小、外海较大趋势；潮段历时表现为涨潮段历时大于落潮段历时的特点[11-15]。本次海流调查分析结果与以往结论基本一致，较以往报道(2011年)更新了近5年的调查数据。

2.3 温度和盐度观测结果

海流观测期间，各站(H1、H2、H3和H4)每2 h进行1次温度和盐度观测，温度和盐度观测层次与海流观测层次相同。除H2站盐度比其余各站盐度略高外，各站之间水温和盐度差异不大，数值较接近，说明水体性质单一，水平向分布均匀；各站中层、底层水温和盐度值接近，表层温度明显高于中层和底层；除H1站外，其余各站中层和底层盐度略高于表层，垂向结构特征明显。

水温和盐度的时间变化过程与潮流运动密切相关：涨潮时，盐度值逐渐增加，高平潮时达到盐度极大值；落潮时，盐度值逐渐降低，低平潮时达到盐度极小值。各站水温时间变化特征与潮位变化的相关性更强。

2.4 潮流特征

各站层的潮流性质系数F值见表2。由表2可看出：各站层的F值为0.42-1.70，靖海湾的潮流主要为不正规半日潮流。F值的最小值为0.42，出现在H2站中层；最大值为1.70，出现在H4站底层。以往调查资料也显示，该海域潮流特征以不正规半日潮流为主[11-15]，与本次结果一致。

表2 潮流性质系数

根据调和分析结果计算主要分潮流的椭圆要素，并将M2分潮流的椭圆率制成表3。

本海区各站各层的O1、K1分潮与M2分潮椭圆长半轴方向近似，说明各分潮传播方向一致，都是受附近地形的影响(表3)。由于半日分潮流M2在整个潮流中占支配地位，所以可以通过分析M2分潮的变化来揭示各站潮流特征。各站层M2分潮流的椭圆率绝对值为0.02-0.34，其值均较小，说明潮流受地形影响较大，各站各分潮椭圆长半轴方向基本与岸线平行或与水道方向一致，距离岸边较远时，潮流受地形影响减弱(表3)。本海区的潮流旋转方向全部表现为顺时针。

表3 M2分潮流最大可能流速、倾角及椭圆率

各站从表层到底层 M2分潮流最大潮流到达时间大致相同，其中H1站各层M2分潮最大可能流速为0.16-0.19 m/s，表层最大；H2站各层M2分潮最大可能流速为0.31-0.38 m/s，表层最大；H3站各层M2分潮最大可能流速为0.14-0.15 m/s，中层最大；H4站各层M2分潮最大可能流速为0.26-0.32 m/s，表层最大。从M2分潮流最大可能潮流流速分析结果来看， M2半日潮流由大到小依次为H2站、H4站、H1站、H3站。

表4为计算得到的各站层最大可能潮流，可以看到：H3站表层与其他站位表层相比，理论最大可能潮流流速均较其他站位小；H2站表层理论最大可能潮流流速最大，为1.14 m/s；H1、H2站表层最大可能潮流流速明显大于中层和底层；H3、H4站各层最大可能潮流流速大小相当。其中，H1站各层最大可能潮流流速为0.24-0.53 m/s，表层最大；H2站各层最大可能潮流流速为0.44-1.14 m/s，表层最大；H3站各层最大可能潮流流速为0.25-0.33 m/s，底层最大；H4站各层最大可能潮流流速为0.81-0.98 m/s，底层最大。各站层最大可能潮流流向与M2分潮的椭圆长半轴方向趋近于一致，均为东北向。

表4 最大可能潮流流速大小和方向

2.5 余流特征

各站表层、中层和底层余流流速大小和方向如表5所示。表5显示，H2站和H4站余流流速比H1、H3站强，H2、H3和H4站余流方向较一致,受风场影响[16]。其中H1站表层、中层和底层余流流速大小分别为0.02，0.05，0.04 m/s，受地形影响各层余流方向均为西北向[16]；H2站表层、中层和底层余流流速大小分别为0.18，0.17，0.17 m/s，各层余流方向均为东北偏东向；H3站表层、中层和底层余流流速大小分别为0.06，0.07，0.07 m/s，各层余流方向均为偏东向；H4站表层、中层和底层余流流速大小分别为0.14，0.13，0.14 m/s，各层余流方向也均为偏东向。

表5 余流流速大小和方向

3 结论

本文对2015年春季大潮期间靖海湾海域海温、盐度和海流实测资料进行统计与调和分析。研究结果表明：靖海湾海域的海流表现出明显的往复流特征，往复方向为NE-SW向;潮流类型为不正规半日潮流，其中各站层的F值为0.42-1.70;M2分潮流的椭圆率绝对值为0.02-0.34，潮流受到地形影响较大，各站各分潮椭圆长半轴方向基本与岸线平行或与水道方向一致；O1、K1分潮与M2分潮椭圆长半轴方向近似，说明各分潮传播方向一致，都是受附近地形的影响;潮流旋转方向全部表现为顺时针;理论最大可能潮流流速最大为1.14 m/s;余流流向受风场影响，以偏东向为主；水温和盐度差异不大，数值较接近，说明水体性质单一，水平向分布均匀；各站中层和底层水温和盐度值接近，表层温度明显高于中层和底层；除H1站外，其余各站中层和底层盐度略高于表层，垂向结构特征明显。

本研究更新了靖海湾近5年实测数据和结果，丰富了该海域水文、水动力基础资料，为当地海洋工程建设、海洋经济开发以及防灾减灾提供了数据支持和参考。