图1 地波雷达站分布和数据获取情况
Fig. 1 Distribution of HF radar station and data
北京大学学报(自然科学版) 第61卷 第1期 2025年1月
Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 61, No. 1 (Jan. 2025)
doi: 10.13209/j.0479-8023.2025.007
南方海洋科学与工程广东省实验室自主项目(SML2020SP009)资助
收稿日期: 2023–12–26;
修回日期: 2024–03–21
摘要 基于高频地波雷达观测得到的海南岛西侧海洋表层流场数据, 运用调和分析等方法, 研究该海域潮流特征及其季节变化规律。结果表明, 该海域浅水分潮显著, 潮流性质主要为全日潮, 其中偏北部分为不规则全日潮, 偏南部分为规则全日潮。潮流运动以顺时针往复流为主, 南部的最大可能潮流流速大于北部, 其中最大可能潮流流速在南部为 1.2～1.8m/s, 北部为 0.25～1m/s。此外, 计算了潮流对台风“小熊”的响应情况, 结果表明, 台风导致表层潮流强度在短时间内减弱, 在台风过境 7 天后, 潮流强度基本上恢复至台风影响前的状态, 与半日潮相比, 该现象在全日潮中更明显。
关键词 北部湾; 潮流; 高频地波雷达; 台风; 表层流
海流是海水的普遍运动形式之一, 也是海洋学研究中最基础的观测要素之一, 潮汐过程是海流的重要部分, 包括潮位升降和潮流涨落, 前者表现为竖直方向的海面升降, 后者表现为水平方向的海水流动[1]。潮流对海表面热通量[2]、环流[3]和垂向混合过程[4–5]等多种水体运动形式均会产生重要影响, 对潮流和余流的研究有助于深入了解海流的情况, 对灾害污染防治[6–7]、水体运输及水动力研究[8–12]、潮汐能利用、海上工程施工以及水产养殖[13]等都具有重要意义。
海南岛西侧海域属于北部湾海域, 是位于南海西北部(17°00′—21°45′N, 105°40′—110°10′E)的半封闭海湾, 临岸的广西壮族自治区南宁市、北海市、钦州市、防城港市、玉林市和崇左市组成广西北部湾经济区。近年来, 北部湾经济区逐渐成为国家战略和多区域合作中心。在经济高速发展的背景下, 研究北部湾海区的海水运动过程具有重要意义。
早在 20 世纪 60 年代, 《中越合作北部湾海洋综合调查报告》就已经拉开北部湾海域大规模现场观测和调查的序幕[14]。目前认为, 北部湾潮流受到K1, O1, M2 和 S2四个主要分潮控制[15], 以全日潮为主[16–17]。
丁文兰[18]1986 年对南海的潮流分布特征进行分析, 认为北部湾以全日潮流为主, 其中南部为规则全日潮流, 海防地区为不规则全日潮流。李树华对北部湾的潮汐潮流[19]、全日潮波和半日潮波[20]、K1 分潮和 M2 分潮[21]以及 K1 谐振潮等进行计算, 发现北部湾存在一个独立的左旋潮波系统, 并研究水平湍流摩擦等对潮波的影响[21]。李树华等[22]还在北部湾建立物理海洋模型, 并验证其可行性。李近元等[23]使用 10 个潮位 9 天的连续观测数据, 研究海南岛西南海域的潮流过程, 认为该海区以规则全日潮流为主。
前人对北部湾海区的研究主要应用小范围短期实测数据或对其进行数值模拟, 欠缺应用大范围海域长期连续观测数据的研究。在这种情况下, 我们期望获取长时间的实测数据, 研究北部湾海区的动力过程。
高频地波雷达利用海洋表面对高频电测波的散射来提取风场、浪场和流场等海况信息, 从而实现对海洋大范围高精度的监测[24–25]。与传统的海洋观测仪器相比, 高频地波雷达具有观测范围广、分辨率高和不受风暴等过程影响等特点; 与海洋卫星遥感相比, 具有成本低、分辨率高和重复采样频率高等特点[26]。目前海表流场的观测主要利用卫星高度计[27], 但对小尺度近岸海域的观测结果并不可靠, 高频地波雷达可以弥补这个缺点[28–30]。此外, 高频地波雷达不仅可以收集风速和海流等数据, 还可以监控预报台风等灾害性天气。目前高频地波雷达已在美国、法国和意大利等各国广泛应用, 我国也将其应用于黄海、南海、东海、长江口和珠江口附近等多地的海洋信息观测。
本文利用布放在海南岛西岸的 6 颗高频地波雷达组成的雷达组网获取的表层海流观测资料, 对海南岛西侧北部湾海区的潮流特征进行分析, 同时对2021 年 6 月 12日台风“小熊”经过海南岛西侧北部湾海域期间, 潮流受台风影响的问题进行讨论, 以期对数值模拟、水产养殖、航运和海上工程等工作提供理论参考。
高频地波雷达系统的工作主要基于运动方向朝向或背离雷达测站的波浪波长等于电磁波波长的1/2 时发生的 Bragg 散射现象[31–32]。本文使用 6 颗由武汉大学研制的 OSMAR (ocean state monitoring and analyzing radar)高频地波雷达共同组成海南岛西侧3 个雷达组网, 包括儋州华头村–昌江沙鱼塘雷达组、东方海边村–乐东大角站雷达组和乐东莺歌海–三亚梅联村雷达组。
该高频雷达组网工作频率为 13MHz/16MHz, 等效全向辐射功率(EIRP)峰值<25dBW。目前, OSMAR 雷达系统获取矢量流的主要方法为双站矢量合成法, 即将两台雷达在地理位置上合理地分开, 让它们同时探测同一片海区, 由接收到的回波得到各自的径向流场, 并对两部雷达公共覆盖区的径向海流场进行矢量合成, 进而得到公共海区的矢量流场[33]。
本文数据的观测时间为 2021 年 1—8 月, 时间分辨率为 20min, 空间分辨率为 0.05°×0.05°。受到雷达观测精度和观测距离等的影响, 雷达数据的获取率受到一定的限制。为保证分析结果的有效性, 综合考虑数据质量和连续性等因素后, 本文选取数据综合获取率超过 60%的海区进行数据分析。地波雷达站的位置、观测海域以及数据分布情况如图 1 所示。
本文使用的风场资料来自美国国家环境预报中心(NCEP)气候预报系统第二版(CFSv2), 数据为距海表面 10m 高的风速, 空间分辨率为 0.204°×0.204°,时间分辨率为 1h。
图1 地波雷达站分布和数据获取情况
Fig. 1 Distribution of HF radar station and data
T_tide 是 Pawlowicz 等[34]开发的对潮汐潮流过程进行数据分析的工具包, 该模型将海洋数据的时间序列视为潮汐信号和非潮汐信号的叠加结果, 其中的潮汐过程由特定频率的正弦波叠加而成, 可以使用最小二乘法拟合的方法来确定不同频率的振幅和相位。同样的原理也可以应用于潮流过程的调和分析。
本文利用 T_tide 对环海南岛海域的表层流数据进行调和分析, 根据分析结果计算并分析潮流性质、分潮特性(以 K1, O1, M2, S2 四个分潮为代表)、旋转率以及最大可能潮流流速等。
根据我国《港口工程技术规范》[35], 潮流性质可按照
的值分为规则半日潮流、不规则半日潮流、规则全日潮流和不规则全日潮流 4 种类型, 判别标准如下: 当
时, 为规则半日潮流;当
时, 为不规则半日潮流;当
时, 为不规则全日潮流;当 F>4.0 时, 为规则全日潮流。其中, WO1,WK1 和 WM2 分别为主太阴日分潮流、太阴太阳赤纬日分潮流以及主太阴半日分潮流的椭圆长半轴长度(cm/s)。当水深较小时, 潮流性质的划分还应考虑浅水分潮的影响, 常用浅水系数
进行判断, 当 G>0.04 时, 可认为浅水分潮显著[36]。
潮流性质判定结果如图 2(a)所示。从整体上看, 海南岛西侧潮流主要为全日潮流, 但其分布存在显著的空间差异。规则全日潮主要分布在海南岛西南侧海域, 不规则全日潮主要分布在海南岛西北侧海域, 西北侧海域的西北侧存在少量不规则半日潮。G值的分布如图 2(b)所示, 研究海域大部分海区受浅水分潮影响显著, 但在海南岛西北侧近岸海域存在浅水分潮不显著海区。
图2 潮流性质及浅水分潮分布
Fig. 2 Tidal current characteristic and swallow current distribution
潮流椭圆可以表示潮流的运动过程, 通常使用绘制潮流椭圆的方式讨论潮流的空间分布特征。椭圆的短半轴与长半轴之比记为旋转率 K, 可表示潮流的运动形式。当 K>0 时, 潮流椭圆呈现逆时针运动; 当 K<0 时, 潮流椭圆呈现顺时针运动[37]; 当|K|>0.25 时, 潮流旋转性较强; 当|K|<0.25 时, 潮流主要表现为往复流的形式[38]。在研究海域中, 我们选择主要全日分潮 O1 和 K1 以及主要半日分潮 M2和 S2 进行潮流椭圆分析。
图 3 和 4 为根据潮流调和分析得到的各分潮潮流椭圆及旋转率结果。在研究海区的 4 个主要分潮中, K1 潮和 O1潮强度相近, 为潮流过程的主要运动形式。
全日分潮如图 3 所示。从整体上看, K1 潮和 O1潮的运动过程相近, 特别是海南岛西北侧的运动过程和海南岛西南侧的旋转率两部分。K1 潮和 O1 潮的潮流椭圆长轴方向在海南岛西南侧呈现与岸线平行的运动的态势, 而在西北侧海域椭圆长轴方向呈现旋转态势, 该运动形态差异分界位置与潮流性质变化分界位置一致。在海南岛西北侧, 全日分潮呈现近岸处顺时针运动、离岸处逆时针运动的态势。在海南岛西南侧, K1 潮和 O1 潮的方向及分布位置大体上一致, 不过 O1 潮的逆时针分布比 K1 潮范围广。
图3 全日分潮潮流椭圆图
Fig. 3 Diurnal tidal current ellipses
图4 半日分潮潮流椭圆图
Fig. 4 Semi-diurnal tidal current ellipses
旋转率方面, 尽管海南岛西北侧潮流过程中K1 潮和 O1 潮均在近岸处呈现往复流态势, 但 K1潮从近岸到离岸存在较明显的往复流–旋转流–往复流分布, 而 O1 潮不存在该分布现象; 与 K1 潮相比, O1 潮往复流的范围更大。海南岛西南侧, 二者均以往复流为主, 仅在西南侧与西北侧的交界处以及湾口处有小范围的旋转流分布。
相较于全日分潮, 半日分潮 M2 和 S2 的分布有很大的差异(图 4)。首先, 分析结果表明 M2 潮的强度大于 S2 潮; 其次, S2 潮的运动过程和旋转率与K1, O1 和 M2 潮相比存在很大的差异。
M2 潮的运动态势与全日分潮相似。在海南岛西北侧, 潮流椭圆长轴方向呈旋转态势; 在西南侧,潮流椭圆长轴方向呈现沿岸运动的态势, 并且西南侧潮流主要呈顺时针方向运动。虽然 S2 潮在海南岛西南侧也主要呈顺时针方向运动, 但其旋转流的分布范围远大于其他 3 个潮流过程。
根据我国《港口工程技术规范》[35], 潮流的最大可能流速Vmax按照规则半日潮流区和规则全日潮流区区分。式(1)为规则半日潮流海区的最大可能潮流流速计算公式, 式(2)为规则全日潮流海区的最大可能潮流流速计算公式。
Vmax=1.29WM2+1.23WS2+WK1+WO1 , (1)
Vmax=WM2+WS2+1.68WK1+1.46WO1 , (2)
其中, WM2, WS2, WK1和WO1分别为主太阴半日分潮流、主太阳半日分潮流、太阴–太阳赤纬日分潮流、主太阴日分潮流的椭圆长半轴矢量。
由 2.1 节中潮流性质分析可知, 研究海域内存在不规则半日潮流、不规则全日潮流和规则全日潮流 3 种潮流性质。
计算结果表明, 海南岛西侧潮流速度具有空间差异, 整体上呈现由南至北最大可能潮流流速逐渐减小的变化趋势(图 5)。南部整体速度范围为 1.2～ 1.6m/s。最大可能流速的最大值约为 1.8m/s, 该值出现在 18.5°N 近岸处; 北部整体速度范围为 0.4～ 1.0m/s, 最大可能流速的最小值约为 0.25m/s, 该值出现在 20°N 的离岸处。
图5 最大可能潮流流速
Fig. 5 Maximum possible tidal current velocity
在考虑数据获取率、潮流性质等条件后, 分别选择 1 月和 7 月作为冬季和夏季的代表, 对海南岛西侧北部湾海区的全日分潮(以 K1 和 O1 潮为代表)进行潮流的季节对比。
从图 6 可以发现, 海南岛西北部和西南部的潮流变化存在一定的差异。在海南岛西北部海域, 夏季的 K1 潮强于冬季, 但 O1 潮冬季强于夏季。冬季, K1 潮的旋转流仅在海南岛西北部和北部湾湾口处分散分布, 但夏季其分布范围明显增加。O1 潮的变化与 K1 潮不同, 冬季 O1 潮的旋转流主要分布在离岸侧, 夏季往复流入侵旋转流范围, 旋转流变为零星分布。冬季海南岛西北部的大部分 O1 潮顺时针方向运动, 但在夏季, 部分近岸处的顺时针方向运动变化为逆时针方向运动。虽然海南岛西北部K1 和 O1 全日潮的季节变化存在很大的差异, 但也具有一定的相似性。不论冬季还是夏季, 西北部的北部湾均为顺时针旋转为主, 且均呈现近岸处潮流较大、离岸处潮流较小的分布结构。
北部湾南部海域的全日潮流在冬季的分布极为相似, 均为在近岸侧处逆时针方向运动, 在湾口和离岸处顺时针方向运动, 同时整个南部以往复流为主, 仅少数旋转流分布于湾口和北部湾南北部交界处; 夏季往复流的分布与冬季呈现相似的结构。在冬季, K1 和 O1 潮在莺歌海与东方市之间近岸处的潮流均存在向陆的旋转, 而两个潮流向陆的旋转在夏季均消失, 转变为平行于岸线方向。
根据计算结果还发现, K1 和 O1 潮的运动形态不仅在冬季相似, 在夏季, 二者在海南岛西南部海域的运动形态也相近。从冬季到夏季, 二者顺时针方向运动均增多, 逆时针方向运动减少, K1 潮夏季的顺时针方向运动范围比 O1 潮夏季的顺时针方向运动范围更大。
“小熊”是 2021 年太平洋台风季中第 4 个被命名的台风。如图 7 所示, 2021 年 6 月 11 日, “小熊”在南海加强为热带低压, 次日(2021 年 6 月 12 日)增强为热带风暴, 向西穿过海南岛, 以 18m/s 的速度进入北部湾, 第 3 日(2021 年 6 月 13 日)在越南清化省登陆后消散。
图6 北部湾冬夏两季全日潮对比
Fig. 6 Comparison of diurnal tidal in summer and winter in Beibu Gulf
为观察表层海流受台风影响的变化, 选择海南岛西南侧的 3 个点 a(108.5°E, 19.2°N)、b(108.2°E, 18.9°N)和 c(108.5°E, 18.5°N)分析海流速度变化的时间序列, 并选择与 a 和 b 相邻的两个点 d(108.4°E, 19.3°N)和 e(108.4°E, 18.5°N)分析风场速度变化的时间序列, 结果如图 8 所示。受雷达情况和台风等因素影响, 海南岛西北侧海域台风期间数据缺失, 因此不对海南岛西北侧情况进行分析。
受西南季风影响, 海南岛西侧的北部湾海域在6 月主要为南风[39]。根据风场的时间序列(图 8(d)和(e))可以发现, 6 月 4 日由北向风转为南向风, 持续时间约为 3 天, 6 月 8 日前后恢复为南风。但恢复之后的风力较之前明显减弱, 该现象一直持续到台风到来。“小熊”在南海生成热带低压, 受台风影响, 6 月 11 日由南风转为北风, 持续时间为一天半左右。6 月 12 日下午台风进入北部湾。受台风的强迫影响, 由北风急速地转为南风, 且速度在短时间内急速增加, 其中位置偏南的风速增量(图 8(e))大于位置偏北的风速增量(图 8(d))。台风带来的风速异常维持时间较短, 6 月 13 日台风经过研究海区后进入松弛阶段, 风速恢复到台风前的南风状态。
箭头方向及长度表示风场方向及速度大小, 红框内为研究区域
图7 6月10—13日风场
Fig. 7 Wind field from 10–13 June
(a)～(c)分别为左图中 a, b 和 c 点流场的时间序列, (d)和(e)分别为左图中 d 和 e 点风场的时间序列; 右图中红色部分为台风期
图8 5—6月流场和风场时间序列
Fig. 8 Time series of current field wind field from May to June
从图 8(a)～(c)展示的流场时间序列可以发现, 不论近岸处(图 8(a)和(c))还是离岸处(图 8(b)), 海流均在规律地进行南向和北向的振荡运动, 运动过程呈现很强的全日潮运动态势。受台风影响前(6 月 6 —10 日), 海流速度的变化规律符合潮流的变化规律, 从小潮到大潮的发展过程中, 南流和北流速度都不断增加。前两次的巨潮过程分别发生在 5 月 13日和 5 月 28 日, 间隔 15 天。按照其变化规律推算, 6 月 12 日应为巨潮日, 在没有台风影响的情况下, 该日流速应为 15 天内最大值。
图 8(e)显示, e 点风速变化最大, 其附近的 c 点流速变化最大。6 月 11 日, 当 a, b 两点的南向流速还在增加时, c 点的南向流速已经有减小的趋势; 6月 12 日和 13 日, c 点南向流持续减小, c 点北向流虽然没有像南向流一样持续减小, 但在 6 月 11 日到 6月 13 日之间, c 点的北向流并没有按照潮流变化规律增加, 而是维持与 6 月 10 日相近的流速。
6 月 11 日 b 点北向流速度不再增加, 6 月 12 日南向流速度开始减少。6 月 13 日台风离开进入松弛阶段后, b 点北向流强度减弱至与 6 月 10 日相近, 并在6 月 14 日后恢复正常的流速变化。a 点的流速变化与 b 点相近, 6 月 11 和 13 日两天的北向流速减小, 但 6 月 12 日北向流速增大, 6 月 11 —13 日南向流速均不断减小。
流速的时间序列分析结果显示, “小熊”台风可能引起潮流强度在短期内减弱。为验证这个猜想, 我们选择 O1 和 M2 潮分别代表全日潮和半日潮, 对台风的潮流过程进行调和分析, 将其结果与 15 天前的潮流调和分析结果进行对比, 结果如图 9 所示。受台风影响, 18°N 以南的数据缺失。如果没有其他因素影响, 根据潮流过程的发展规律, 6 月潮流强度应与 5 月同阶段潮流强度相近, 或略强于 5 月同阶段潮流。
对比 6 月 11 日与 5 月 27 日的 O1 潮流强度(图9(a))可以发现, 除海南岛西南和西北部交界处(19°N以北)存在一定的差异外, 其余海区的潮流过程二者相似度很高, 但这种情况在 6 月 12 日的台风强迫阶段被破坏。图 9(b)展示的调和分析结果表明, 6 月12 日与 5 月 28 日的 O1 潮过程存在很大的差异, 6 月12 日的潮流长轴明显减小, 同时潮流椭圆方向发生很大的变化。这种差异不仅仅存在于 19°N 以北。从整体上看, 南部离岸处潮流过程受到的影响更强烈, 其次是南部近岸处和偏北部离岸处。图 9(c)展示的调和分析结果表明, 与 6 月 12 日的 O1 潮相比, 6 月 13 日全日潮的潮流椭圆方向有所回正, 潮流长轴长度有所恢复。
但是, 半日潮的变化情况与全日潮有差异。从图 9(d)可以发现, 与 5 月 27 日相比, 6 月 11 日的潮流椭圆长轴在近岸处有所减小, 但在离岸处有所增大, 同时 6 月 12 日与 5 月 28 日的对比结果也呈现相似的变化过程(图 9(e))。图 9(f)表明, 虽然 6 月 13 日18.5°N 以北的潮流椭圆长轴仍然大于 5 月 29 日, 但其余海区的潮流强度已经从台风松弛阶段开始, 逐渐恢复至与 5 月 29 日相近的强度。
为更好地分析潮流椭圆受台风影响时的变化过程, 我们将潮流椭圆长短轴之间的差异定义为
设定 6 月 7—9 日与 5 月 23—25 日之间的差异平均为台风前, 6 月 11—13 日与 5 月 27—29 日之间的差异平均为台风过程中, 6 月 15—17 日与 5 月 31 日—6 月 2 日之间的差异平均为台风后 4 天, 6 月 18—20 日与 6 月 3—5 日之间的差异平均为台风后 7 天, 其差异计算结果如图 10 所示。
台风前的计算结果表明, 全日潮过程中, 台风前 6 月的潮流过程强于 5 月, 差异最大值分布在108°E, 18°N 附近; 半日潮过程中台风前 6 月的潮流过程与 5 月潮流过程相近, 部分区域略强于 5 月, 此时不论是全日潮还是半日潮, 潮流的情况都符合其本身的发展规律。但是, 台风时的结果与台风前不同, 受台风影响, 18.1°N 以南的雷达未能记录到台风期间的数据, 但根据已获得数据可以发现, 台风时的潮流强度与 5 月相比明显减弱, 该现象在全日潮过程中更显著, 呈现由近岸向离岸、由北至南逐渐增大的变化趋势, 在有数据获取的海域中, 差异最大的区域分布于 18.2°N 附近。通过观察台风后 4 天的计算结果可以发现, 虽然该时间段的潮流过程在一定程度上还因台风影响而弱于 5 月同阶段的潮流强度, 但与台风过程中的计算结果相比, 二者之间的差异已经有所减小。台风后 7 天的计算结果显示, 6 月的全日潮此时已经恢复至与 5 月同阶段潮流过程相近的强度。根据研究结果推测, 潮流在短期内减弱是受到台风带来的逆向强风影响。
图9 台风前后潮流椭圆示意
Fig. 9 Tidal current ellipse before and after typhoon
图10 台风前后潮流椭圆长短轴差
Fig. 10 Difference between the long and short axis of the tidal current ellipse before and after the typhoon
本研究利用高频地波雷达, 对海南岛西侧北部湾海区进行 8 个月的连续表层海流观测, 通过调和分析等方法, 对潮流性质、分潮结构、最大可能潮流流速和全日潮季节变化进行分析, 并简要地分析该海区表层流过程对台风的响应, 得到如下结论。
1)海南岛西侧北部湾主要为全日潮, 其中海南岛西南侧为规则全日潮, 海南岛西北侧主要为不规则全日潮, 整个研究海域受浅水分潮影响显著。
2)潮流过程主要为顺时针旋转的往复流, 其中海南岛西北部潮流椭圆长轴呈现旋转态势, 海南岛西南侧潮流椭圆长轴呈现与岸线平行的运动态势。
3)海南岛西侧潮流速度具有空间上的差异, 整体上呈现由南至北最大可能潮流流速逐渐减小的趋势, 南部整体速度范围为 1.2～1.6m/s, 北部整体速度范围为 0.4～1.0m/s, 但也存在最大可能潮流速度小于 0.4m/s 的小范围海区。
4)北部湾海区南北部全日分潮的季节变化存在差异。北部的 K1 潮和 O1 潮冬季和夏季运动方向变化均不大, 但 K1 潮夏季旋转流范围比冬季有所增加, O1 潮夏季旋转流范围比冬季有所减少。南部冬季 K1 潮和 O1 潮均以逆时针方向运动为主, 夏季均改变为顺时针方向运动为主, 冬季莺歌海和东方市沿岸潮流的向陆旋转现象在夏季消失。
5)研究海域表层流在受到台风影响时, 南向流首先出现变化, 表现为速度减小, 北向流的变化虽然比南向流晚, 但呈现同样的趋势, 即速度有所减小。该现象不仅存在于台风的强迫阶段, 也存在于松弛阶段。
6)台风造成研究海域潮流过程减弱, 该现象在全日潮的离岸位置表现尤其明显。该现象在台风后4 天有所恢复, 在台风后 7 天潮流强度基本上恢复至台风影响前。
参考文献
[1] 陈宗镛. 潮汐学. 北京: 科学出版社, 1980
[2] Chen Z, Qiao F, Xia C, et al. The numerical investi-gation of seasonal variation of the cold water mass in the Beibu Gulf and its mechanisms. Acta Oceanologica Sinica, 2015, 34(1): 44–54
[3] Gao J, Chen B, Shi M. Summer circulation structure and formation mechanism in the Beibu Gulf. Science China Earth Sciences, 2015, 58(2): 286–299
[4] Bai P, Gu Y, Li P, et al. Modelling the upwelling off the east Hainan Island coast in summer 2010. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 2016, 34(6): 1358–1373
[5] Li Y, Curchitser E N, Wang J, et al. Tidal effects on the surface water cooling northeast of Hainan Island, South China Sea. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2020, 125(10): e2019JC016016
[6] Zhang L, Zhang S, Guo J, et al. Dynamic distribution of microplastics in mangrove sediments in Beibu Gulf, South China: implications of tidal current velocity and tidal range. Journal of Hazardous Materials, 2020, 399: 122849
[7] Zheng Q, Zhang R, Wang Y, et al. Occurrence and distribution of antibiotics in the Beibu Gulf, China: impacts of river discharge and aquaculture activities. Marine Environmental Research, 2012, 78: 26–33
[8] 周旋, 李自强, 安玉柱, 等. 基于高频地波雷达资料的海南中东部近海表层海流特征. 热带海洋学报, 2021, 40(2): 103–111
[9] Cai S, Long X, Liu H, et al. Tide model evaluation under different conditions. Continental Shelf Research, 2006, 26(1): 104–112
[10] Shi M C, Chen C S, Xu Q C, et al. The role of Qiong-zhou Strait in the seasonal variation of the South China Sea circulation. Journal of Physical Oceanography, 2002, 32(1): 103–121
[11] 李占海, 柯贤坤, 王倩, 等. 琼州海峡水沙输运特征研究. 地理研究, 2003(2): 151–159
[12] Minh N N, Patrick M, Florent L, et al. Tidal characte-ristics of the gulf of Tonkin. Continental Shelf Re-search, 2014, 91: 37–56
[13] Shen Z, Wu X, Fei Y, et al. Surface tidal currents in the open sea area to the east of the Zhoushan Islands measured with high frequency surface wave radar. Acta Oceanologica Sinica, 2013, 32(10): 5–10
[14] 陈振华. 北部湾环流季节变化的数值模拟与动力机制分析[D]. 青岛: 中国海洋大学, 2013
[15] Fang G, Kwok Y K, Yu K, et al. Numerical simulation of principal tidal constituents in the South China Sea, Gulf of Tonkin and Gulf of Thailand. Continental Shelf Research, 1999, 19(7): 845–869
[16] 张丛, 鲍献文, 丁扬, 等. 南海北部陆架坡折带潮流和低频流特征分析. 海洋与湖沼, 2017, 48(2): 221–231
[17] 邱章, 方文东. 南海北部春季海流的垂向变化. 热带海洋, 1999, 18(4): 32–39
[18] 丁文兰. 南海潮汐和潮流的分布特征. 海洋与湖沼, 1986, 17(6): 468–480
[19] 李树华. 北部湾潮汐潮流数值计算. 海洋通报, 1985, 4(6): 6–9
[20] 李树华. 北部湾潮波的数值模拟试验. 热带海洋, 1986, 5(3): 7–14
[21] Li S, Chen B. A numerical study of the tide and tidal current in Beibu Gulf. Acta Oceanologica Sinica, 1987 (4): 519–530
[22] 李树华, 夏华永, 李武全, 等. 北部湾物理海洋模型的建立与验证. 广西科学, 2004, 11(1): 37–42
[23] 李近元, 方念乔, 张吉, 等. 海南岛西南海域的潮流和潮汐观测特征. 海洋预报, 2016, 33(2): 45–52
[24] Crombie D D. Doppler spectrum of sea echo at 13.56 Mc./s. Nature, 1955, 175: 681–682
[25] Stewart R H, Joy J W. HF radio measurements of sur-face currents. Deep Sea Research and Oceanographic Abstracts, 1974, 21(12): 1039–1049
[26] 毛华斌, 陈举, 邱春华, 等. 单点高频地波雷达资料估算潮能耗散的方法. 热带海洋学报, 2011, 30 (6): 18–23
[27] Arbic B K, Scott R B, Chelton D B, et al. Effects of stencil width on surface ocean geostrophic velocity and vorticity estimation from gridded satellite altimeter data. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2012, 117: C03029
[28] 朱宇航, 曾学智, 彭世球. 高频地波雷达观测资料对南海北部海流的数值同化实验. 热带海洋学报, 2016, 35(6): 10–18
[29] 杨华, 吉会峰, 高清清, 等. 高频地波雷达观测的苏北辐射沙洲南部海域夏季表层海流特征. 海洋学报, 2019, 41(5): 1–11
[30] Barth A, Alvera-Azcárate A, Weisberg R H. Assimila-tion of high-frequency radar currents in a nested model of the West Florida Shelf. Journal of Geophysical Re-search, 2008, 113(C8): C08033
[31] Paduan J D, Rosenfeld L K. Remotely sensed surface currents in Monterey Bay from shore-based HF radar (Coastal Ocean Dynamics Application Radar). Jour- nal of Geophysical Research: Oceans, 1996, 101(C9): 20669–20686
[32] 朱怀鑫, 俎婷婷, 李健, 等. 基于高频地波雷达观测的粤西近海潮流潮能分析. 热带海洋学报, 2018, 37(05): 25–32
[33] 沈志奔. 高频地波雷达海流应用研究[D]. 武汉: 武汉大学, 2014
[34] Pawlowicz R, Beardsley B, Lentz S. Classical tidal har-monic analysis including error estimates in MATLAB using T_TIDE. Computers & Geosciences, 2002, 28 (8): 929–937
[35] 中华人民共和国交通部. 港口工程技术规范[SL260- 2023]. 北京: 人民交通出版社, 1987
[36] 王逸涵, 王韫玮, 于谦, 等. 江苏海岸中部近岸冬季潮汐和潮流特征. 海洋科学, 2019, 43(10): 66–74
[37] 郑淑贤. 基于FVCOM的琼州海峡潮汐潮流数值模拟与研究[D]. 青岛: 中国海洋大学, 2015
[38] 陈倩. 浙江近海潮汐潮流的三维数值模拟[D]. 杭州: 浙江大学, 2002
[39] 邹凯, 徐峰, 涂石飞, 等. 南海近海面风场变化特征及其与ENSO的相关性研究. 海洋气象学报, 2018, 38(3): 83–91
Tidal Current Characteristics and Response of Tidal Current to Typhoon on the West Side of Hainan Island by High Frequency Radars
Abstract Based on the surface flow field data from high-frequency radar on the west side of Hainan Island, harmonic analysis and some other methods were employed to investigate the tidal current characteristics and their seasonal variations in this region. The results show significant shallow-water tidal features, with the tidal currents predominantly diurnal. The northern part of the study area exhibits irregular diurnal tidal characteristics, while the southern part displays regular diurnal tidal patterns. The tidal current mainly follows a clockwise reciprocating motion, with the maximum potential tidal current velocity being stronger in the south region than that in the north region. Specifically, the maximum possible tidal current velocity is 1.2–1.8 m/s in the south and 0.25–1 m/s in the north. In addition, the impact of Typhoon “Koguma” on the tidal current was also calculated. The results indicate that the typhoon temporarily weakens the surface tidal current intensity, which generally recovers to normal intensity within seven days. Compared with semi-diurnal tides, this phenomenon is more pronounced in diurnal tides.
Key words Beibu Gulf; tidal current; HF radar; typhoon; surface current