[科普中國]-潮波

潮波是由潮汐引起的，是海水表面發(fā)生的一種波動現(xiàn)象，一般以正弦波或余弦波的形式，波長會比較長，帶有能量的傳遞。從全球范圍內(nèi)來考察潮汐現(xiàn)象，一些地方發(fā)生漲潮，必在另外一些地方發(fā)生落潮；反之，一些地方若是落潮，正好證明另一些地方正在漲潮。這種此起彼落的海水運(yùn)動，稱為潮波。

釋義從全球范圍內(nèi)來考察潮汐現(xiàn)象，那么，一些地方發(fā)生漲潮，必在另外一些地方發(fā)生落潮；反之，一些地方若是落潮，正好證明另一些地方正在漲潮。這種此起彼落的海水運(yùn)動，稱為潮波。

潮波分為前進(jìn)波、駐波、兩駐波疊加（駐波疊加波），前進(jìn)波一般發(fā)生在長海峽（北半球），駐波一般發(fā)生在窄長半封閉海灣，兩駐波疊加形成的疊加波一般發(fā)生在半封閉海灣。1

中國海潮波研究概述關(guān)于我國近海潮波的研究，除了經(jīng)典的潮汐分析與推算之外，潮波的數(shù)值計(jì)算和模擬近年取得了很大的發(fā)展。尤其是隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，數(shù)值計(jì)算已經(jīng)逐漸成為潮波研究中一種常用和經(jīng)濟(jì)有效的方法。

就目前我國近海潮波數(shù)值研究所采取的方法而言，大體可分為兩類：邊值法和初值法。邊值法要求岸界和水側(cè)邊界的潮位都給定，其計(jì)算效果依賴于邊界值的可靠性。在觀測站分布稀疏的沿岸確定邊界格點(diǎn)上的潮位值所帶來的人為偏差，會造成計(jì)算區(qū)域內(nèi)部的可觀誤差。另外，從物理實(shí)質(zhì)上看，邊值法相當(dāng)于岸界有虛擬潮波傳入，也不易滿足法向流速為零的流體動力學(xué)條件。初值法規(guī)定岸界處法向流速為零，水側(cè)邊界給定潮位，由靜止海洋起步計(jì)算，直至建立起穩(wěn)定的潮波，再作分析。計(jì)算結(jié)果由岸界和島嶼的觀測值加以檢驗(yàn)，是一種較理想的方法。在利用初值法進(jìn)行的研究中，又有單個分潮的模擬和若干分潮同時模擬的不同做法。

就研究所采用的數(shù)值模式看，其發(fā)展趨勢為從二維到三維，所考慮的物理過程也從簡單到完備。早期的模式多為二維，由于潮運(yùn)動的正壓性，二維模型基本上能夠反映出潮汐的運(yùn)動規(guī)律。但是在很多問題中（如海岸工程），必須考慮各潮流的垂直結(jié)構(gòu)，這就要求采用三維模式。與二維模型相比，三維模型雖然計(jì)算量大，但是它能給出潮流的空間結(jié)構(gòu)，更精確地反映出潮流的運(yùn)動規(guī)律。因而時至今天，三維模型代表著潮波數(shù)值模擬的發(fā)展方向。目前己有人對渤海、北部灣的潮波作了三維研究。最近，沙文鈕、朱首賢研制了適合于中國海研究的三維斜壓淺海模式，并成功地用于長江沖淡水?dāng)U展機(jī)制的研究和閩浙沿岸上升流的研究以及臺灣海峽M2分潮的研究。當(dāng)然，由于二維模式簡單，易于計(jì)算，且在一些實(shí)際問題中二維研究己能滿足要求，所以潮波的二維研究不但已經(jīng)獲得了廣泛應(yīng)用，而且今后一定時期內(nèi)二維模式還會繼續(xù)得到改進(jìn)，與三維模型并存。事實(shí)上，進(jìn)入九十年代以來，亦有學(xué)者對我國近海的潮波作二維數(shù)值計(jì)算，并獲得較為精確的模擬結(jié)果。2

東中國海潮波的研究狀況潮汐和潮流是潮波運(yùn)動的兩種表現(xiàn)形式，是海洋中經(jīng)久存在的一種顯著現(xiàn)象。50年代末至60年代初，我國對124°E以西的渤、黃、東海的潮汐、潮流作了大量的觀測和分析，根據(jù)這些資料繪制了124°E以西的潮汐、潮流分布圖。70年代，又對124°E以東的東海東部區(qū)域的潮汐、潮流進(jìn)行了大量的調(diào)查分析工作。方國洪等根據(jù)大量的實(shí)測資料以及一系列數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果，繪制了比較完整的潮汐、潮流圖。

將渤、黃、東海視為一體對整個東中國海的潮波運(yùn)動做數(shù)值研究在我國是從80年代開始的。通過多年的研究，人們在主要分潮的分布等方面已達(dá)成一定的共識。

沈育疆（1980）采用忽略平流項(xiàng)的Hansen形式脅振潮波運(yùn)動方程組，首次對東中國海的M2、S2、K1和O1，四個分潮的潮汐做了數(shù)值計(jì)算，探討了諧振潮波的傳播和潮汐分布的總規(guī)律。文章提出臺灣島北端存在一個“退化旋轉(zhuǎn)潮波系統(tǒng)”，指出：太平洋半日潮波傳入后，大部分以前進(jìn)波形式北上，一部分在基隆附近形成退化的旋轉(zhuǎn)潮波系統(tǒng)，左旋進(jìn)入臺灣海峽。葉安樂等和呂新剛、沙文鈕的模擬中也有同樣的結(jié)果。早己有研究證明，摩擦作用可使無潮點(diǎn)的位置左移。關(guān)于退化的旋轉(zhuǎn)潮波系統(tǒng)的成因，沈育疆認(rèn)為，除摩擦作用外，主要與閩浙曲折海岸向東南的弱漫反射波和強(qiáng)入射波的迭加效應(yīng)有關(guān)。但地形的作用也是不容忽視的。葉安樂的矩形海灣數(shù)值試驗(yàn)表明，斜傾地形使無潮點(diǎn)偏移到水淺的一方。呂新剛、沙文任模擬結(jié)果表示，臺灣島的存在，一方面造成了地形的坡度，一方面增大了底摩擦，使無潮點(diǎn)移向臺灣島一側(cè)，而只出現(xiàn)半壁旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，大洋潮波的南側(cè)分支表現(xiàn)為前進(jìn)波形式。

沈育疆、葉安樂對東中國海的半日潮流做了三維研究，給出了潮流要素的垂向變化規(guī)律。由于當(dāng)時條件所限，他們的工作將對潮流的三維結(jié)構(gòu)有較大影響的垂向禍動粘性系數(shù)取成了常量，因而得出一個較厚的摩擦層。方國洪和楊景飛發(fā)表了他們早期用初值法對東海東部及南部潮流二維計(jì)算的結(jié)果，給出了M2和m1分潮的潮流橢圓要素圖。他們的結(jié)果仍然有較好的參考價值。

趙保仁、方國洪用球坐標(biāo)系下二維模型同時對渤、黃、東海M2和m1分潮的潮汐潮流進(jìn)行了數(shù)值模擬，考慮了非線性項(xiàng)、水平湍流粘性項(xiàng)和引潮力的作用。其模型網(wǎng)格間距15×15，潮汐的模擬結(jié)果用沿岸81個驗(yàn)潮站加以檢驗(yàn)，計(jì)算精度較高。他們首次給出或證實(shí)了若干圓流點(diǎn)的存在，并討論了M2和m1潮能通量的傳播和消耗情況。葉安樂、梅麗明同樣利用球坐標(biāo)下二維非線性潮波方程（未考慮水平湍流項(xiàng)）模擬了東中國海的M2、S2、K1和O1四大分潮，其研究表明，K1和O1的同位相線在臺灣附近先作順時針方向旋轉(zhuǎn)，然后做逆時針旋轉(zhuǎn)，并指出該現(xiàn)象是由于大陸架和大陸坡水深分布和臺灣島存在的結(jié)果。

關(guān)于各分潮的數(shù)值模擬，近年來注重用三維模式。萬振文等對渤、黃、東海潮波進(jìn)行了分辨率更高的三維數(shù)值模擬，模擬對象為M2和m1分潮。結(jié)果指出，臺灣海峽發(fā)現(xiàn)了一個m1分潮的圓流點(diǎn)，該圓流點(diǎn)為首次發(fā)現(xiàn)，需進(jìn)一步的觀測驗(yàn)證。朱首賢、沙文鈕用三維非線性淺海陸架模式詳細(xì)模擬了東中國海的M2分潮。結(jié)果表明，兩個無潮點(diǎn)的位置分別在成山頭外和連云港外，基本上和方國洪的結(jié)果相似。同時得到的幾個強(qiáng)潮區(qū)也和方國洪給出的訂正資料很相符。如西朝鮮沿岸兩個強(qiáng)潮區(qū)，青島至蘇北沿岸的兩個強(qiáng)潮區(qū)，臺灣海峽強(qiáng)潮區(qū)。3

南海潮波的研究狀況與東中國海相比，人們對南海潮波的了解要缺乏得多。國內(nèi)學(xué)者中，鄭文振等利用了沿岸大量水位資料和陸架海區(qū)大量測流資料對南海北部的潮汐潮流作了系統(tǒng)研究。沈育疆等對南海潮汐作了數(shù)值計(jì)算，但未涉及潮流。其結(jié)果表明，在臺灣海峽南口，半日潮波越過呂宋海峽水域輻散，少部分迂回臺灣淺灘沿臺灣島西南側(cè)的深溝楔入臺灣海峽，與東海沿海峽北口傳入的潮波相遇，約在福建沼安外海形成輻合區(qū)。.由同潮時線看，半日潮波并無由東海經(jīng)臺灣海峽傳入南海的部分。全日潮波在臺灣海峽的傳播與半日潮波不同，只有由東海向南海傳輸?shù)膯蜗蜻\(yùn)動。該文還指出，臺灣海峽是計(jì)算區(qū)內(nèi)潮汐現(xiàn)象最顯著的地區(qū)，最大可能潮差達(dá)6m。俞慕耕探討了南海的潮汐特征，其研究范圍包括了臺灣海峽及海峽南部海區(qū)。文章以英版潮汐表刊出的調(diào)和常數(shù)為主，選取了320個站的資料，計(jì)算了南海的潮汐性質(zhì)、潮差、半日潮和全日潮同潮圖等，較全面地展現(xiàn)了南海的潮汐分布規(guī)律。關(guān)于臺灣海峽半日、全日潮波的傳播規(guī)律，結(jié)論與沈育疆類似。

上述諸工作均較少涉及潮流的狀況。方國洪等用與趙保仁等相同的數(shù)值模型和類似的方法對南海的潮汐和潮流進(jìn)行了數(shù)值模擬。他們給出了M2和m1分潮同潮圖、潮流的振幅和潮時、余流余水位等。并從能量的角度討論了潮波的傳播，指出，在臺灣海峽m1潮能北進(jìn)南出，消耗很少；M2潮能則大多在海峽內(nèi)消耗掉。4

臺灣海峽潮波的研究狀況單獨(dú)研究臺灣海峽潮波的工作，大多集中在八十年代，近期也己有一些。對海峽潮汐尤其是較強(qiáng)的M：分潮潮汐的分布，由于有海峽兩岸諸多測站的檢驗(yàn)，己基本達(dá)成共識。在己有的研究中，以數(shù)值方法居多，但也有學(xué)者利用非數(shù)值計(jì)算方式，采用潮汐表等資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，同樣得出有意義的結(jié)果。

鄭文振、陳福年等較早研究了臺灣海峽的潮波。指出，海峽的潮運(yùn)動主要是太平洋潮波所引起的脅振動結(jié)果。一般認(rèn)為，作用于臺灣海峽的潮波由兩支構(gòu)成，分別是由北口進(jìn)入的下行波和經(jīng)過巴士海峽傳來的上行波。兩支潮波的影響范圍，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，以北支潮波的強(qiáng)度大，影響范圍廣，起支配作用。但也有不同的觀點(diǎn)，如李立等據(jù)觀測資料分析，認(rèn)為南支潮波的影響范圍比以往認(rèn)為的要大，可達(dá)海峽西岸中段。此后，顏廷壯等支持其南支潮波影響范圍擴(kuò)大的觀點(diǎn)，但其M2分潮流同時線的分布形式與李力等的結(jié)果并不相同。最近，呂新剛、沙文任計(jì)算了環(huán)臺灣島海域M2的潮能通量，結(jié)合潮汐潮流同潮圖，結(jié)果指出，北支潮波的強(qiáng)度大大強(qiáng)于南支潮波。北支潮波南下途中，強(qiáng)度不斷減弱，但最終仍超過了臺灣淺灘，達(dá)到了其南緣。南支潮波北上進(jìn)入了澎湖水道，并在水道北端與南下潮波相遇。兩支潮波的分界線澎湖一臺灣灘南緣，呈東北一西南向傾斜。多年來的研究認(rèn)為，福建的金門、東山，南澳島至馬公一帶是兩支潮波匯合處。

臺灣海峽內(nèi)最大潮流整體較大，以往的研究一般都認(rèn)為在臺灣淺灘一澎湖水道為強(qiáng)流區(qū)。但是在最強(qiáng)流區(qū)的位置及強(qiáng)度問題上，不同工作之間的差異還是明顯的。殷富等用一個考慮了平流項(xiàng)的二維模型和一個不考慮平流項(xiàng)的兩層模式研究了海峽的M2、S2、K1和O1四個分潮。指出最大潮振幅發(fā)生在海峽西北部，潮流在澎湖水道為最強(qiáng)，達(dá)巧150cm/s。葉安樂等對臺灣海峽及其鄰近海區(qū)的三維半日潮波的研究指出，最大潮流位于澎湖水道，但得出4Kn的最大流。陳新忠認(rèn)為臺灣淺灘一帶為最強(qiáng)流區(qū)，流速2節(jié)以上。方國洪等認(rèn)為在澎湖列島西南發(fā)生超過1m/s的最大流。顏廷壯等則認(rèn)為海峽北部大陸一側(cè)大練島近海的M2分潮流速達(dá)2m/s，為最強(qiáng)流區(qū)。呂新剛潮流橢圓的計(jì)算結(jié)果表示，環(huán)臺灣島海域的強(qiáng)流區(qū)有三處，一是澎湖水道一臺灣淺灘一帶，二是福建沿岸的幾個海灣，三是臺灣島北端淡水一基隆近海。最強(qiáng)流區(qū)在澎湖水道，其中個別點(diǎn)達(dá)到了196cm/s。澎湖水道呈北窄南寬的喇叭形，南支潮波從喇叭口涌入水道后，在淺水和狹管效應(yīng)共同作用下，造成強(qiáng)潮流區(qū)。

在海峽中部約24.5°N附近，媚州灣一梧棲一線為弱流區(qū)，潮流一般在30cm/s以下。上述綜合到的這些工作中，不少結(jié)論是一致或相似的，但差異也是明顯的。如，關(guān)于M2最大流發(fā)生的流速，不同學(xué)者給出的量值從100cm/s到150cm/s，甚至4Kn不等；在發(fā)生地點(diǎn)上，各家觀點(diǎn)的差異雖然不是很大，但爭議還是有的。還有，關(guān)于海峽內(nèi)潮流不同旋轉(zhuǎn)方向的分界線，觀點(diǎn)也沒有完全統(tǒng)一。再如，關(guān)于M2分潮最大流同時線的分布，就圓流點(diǎn)和同時線密集區(qū)的存在與否，目前至少存在三種觀點(diǎn)。這些本文雖然沒有具體論述，但仍然較重要，也應(yīng)引起我們的重視。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

屈明 - 副研究員 - 西南大學(xué)