三亚近岸海浪观测特征及其对台风过程的响应.pdf
《三亚近岸海浪观测特征及其对台风过程的响应.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《三亚近岸海浪观测特征及其对台风过程的响应.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、热带海洋学报 JOURNAL OF TROPICAL OCEANOGRAPHY 2023 年 第 42 卷 第 4 期:2535 doi:10.11978/2022157 http:/ 三亚近岸海浪观测特征及其对台风过程的响应 李骏旻1,2,3,李博1,3,陈武阳1,刘军亮1,3 1.中国科学院南海海洋研究所,热带海洋环境国家重点实验室,中国科学院应用海洋学重点实验室,广东 广州 510301;2.三亚海洋生态环境工程研究院,海南 三亚 572000;3.南方海洋科学与工程广东省实验室(广州),广东 广州 511458 摘要:在南海三亚湾南部部署了长期监测站位,于 2020年 410月、202
2、1年 12月2022年 2月等时段开展了覆盖 4个季节的海浪观测。在观测数据的基础上,对该海域波浪要素的基本统计规律及其对台风过程的响应特征开展了系统的分析。结果显示,观测站位处的海浪受风场、地形、岸线和潮流动力等局地因素影响明显,呈现近岸浪特征。由于受到水下地形的削弱和岸线边界的诱导,站位处波浪长期维持向北传播,波高和波周期均相对较小,其中有效波高和平均周期在大部分时间内分别低于 1m和 4s。由于受到潮流和海陆风等动力因素的影响,波高呈现强烈的日变化特征,在与流向相反(相同)时,波高和波陡均明显上升(下降);在同向较强风速的作用下,波高和波陡亦明显上升。站位波浪要素对台风过程有着显著的响应
3、,在潮流的协同作用下,波高显著上升。当台风过程离站位较近时,波浪能量的频率分布向低频段加强的同时,也向高频段扩展,且方向分布发生明显改变;如果路径离站位距离较远,则波浪能量主要通过涌浪的形式传至站位,能量分布主要向低频扩展而方向分布基本不变。关键词:波浪;潮流;台风;现场观测;三亚 中图分类号:P731.22 文献标识码:A 文章编号:1009-5470(2023)04-0025-11 Observation characteristics of coastal waves in Sanya and their responses to typhoon processes LI Junmin1
4、,2,3,LI Bo1,3,CHEN Wuyang1,LIU Junliang1,3 1.State Key Laboratory of Tropical Oceanography,Key Laboratory of Science and Technology on Operational Oceanography,South China Sea Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510301,China;2.Sanya Institute of Ocean Eco-Environmental Engi
5、neering,Sanya 572000,China;3.Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory(Guangzhou),Guangzhou 511458,China Abstract:Long-term monitoring site was deployed in the southern Sanya Bay of the South China Sea,and continuous wave observations covering four seasons were carried out in Apri
6、l October 2020 and December 2021 February 2022.Based on the observational data,the basic statistical features of the wave in the sea area and their response characteristics to typhoon processes are systematically analyzed.The results show that the waves at the site are affected by local factors,such
7、 as wind field,bottom topography,shoreline,and current dynamics,thus showing characteristics of nearshore waves.Due to the weakening effect of shallow water topography and the control of shoreline boundary,the waves maintain long-term shoreward(i.e.,northward)propagation with relatively small wave h
8、eights and periods,in which the significant wave heights and mean periods are less than 1 m 收稿日期:2022-07-13;修订日期:2022-08-31。姚衍桃编辑 基金项目:海南省自然科学基金(422MS160);广东省科技计划项目(2021B1212050023);国家自然科学基金(42130404);中国科学院前沿科学重点项目(QYZDJ-SSW-DQC034)作者简介:李骏旻(1983),男,广东省广州市人,副研究员,博士,从事海洋动力过程研究。email: 通信作者:刘军亮。email: R
9、eceived date:2022-07-13;Revised date:2022-08-31.Editor:YAO Yantao Foundation item:Hainan Provincial Natural Science Foundation of China(422MS160);Science and Technology Planning Project of Guangdong Province of China(2021B1212050023);National Natural Science Foundation of China(42130404);the Key Res
10、earch Program of Frontier Sciences,Chinese Academy of Sciences(QYZDJ-SSW-DQC034)Corresponding author:LIU Junliang.email: 26 热 带 海 洋 学 报 Vol.42,No.4/Jul.,2023 1 and 4 s,respectively,for most of the time.Due to the influence of dynamic factors such as tidal current and sea-land breeze,the wave heights
11、 show a strong diurnal variation,and both wave heights and steepness increase(decrease)significantly when the flow direction is opposite to(the same with)the wave direction;driven by the strong wind speed in the same direction,the wave height and steepness also increased significantly.Waves respond
12、significantly to the typhoon process,and the wave height increases significantly under the synergy of current.When the typhoon process is close to the site,the wave energy extends to both low and high frequencies,with the direction distribution changing significantly.If the path is far from the site
13、,the wave energy mainly propagates to the site by the swell,and the energy distribution expands to low frequency while the direction distribution remains unchanged.Key words:waves;tidal current;typhoon;in-situ observation;Sanya 海浪参数是海洋资源开发、工程建设与维护检修、防灾减灾等业务开展的重要基础资料。海南岛位于动力变化复杂的南海西北部,周边海洋资源丰富,其海洋经济的
14、发展需要有足够的海浪信息来保障。针对海南岛周边的海浪特性,前人已开展了大量的研究。例如,李淑江等(2016)在观测资料的基础上,分析了海南岛东南近岸海浪的季节变化及其对台风的谱峰响应特征;冯兴如等(2018)利用海南岛西面近岸海域的观测资料,分析了海浪的强度和波浪能资源的季节变化特征;Li 等(2020b,2022a)在海南岛南面的一个小型岛屿上部署了水文动力实时监测系统,并对波浪能等资源进行了监测和评估。结合南海整体海浪过程的相关研究可知,海南岛周边的动力过程受到开阔大洋和局地因素的综合影响。一方面,南海海域的风浪主要受到季节性风场驱动,涌浪则主要从东北部的吕宋海峡向西和向南传播(Su et
15、 al,2017;Li et al,2022b)。另一方面,在海南岛近岸海域,海浪受到水下地形和岸界约束,逐渐转变为向岸传播(李淑江 等,2016;冯兴如 等,2018;Li et al,2022a)。此外,海南岛台风灾害频发,每年都会经历多个台风过程(孙璐 等,2014;Liu et al,2018;Li et al,2020a;Liu et al,2022),台风引起的海浪变化更是给渔业、旅游和近岸工程等带来巨大的潜在风险。海南岛南部的三亚海域是我国向海发展的前线。围绕工程应用等需求,前人已对三亚近岸海域的海浪动力过程开展了较多的研究。例如,张存智等(1995)就三亚电厂码头航道的波浪掀沙
16、和潮流掀沙等问题开展了数值预测;严珍珍等(2019)利用数值模拟方法,定量地研究了三亚湾海岸在波浪和潮流作用下的动力演变过程;黄心裕等(2022)基于 ERA5 数据和 Prophet 算法,建立了海南东部近海波浪的长时段时序预测模型。然而,由于观测数据的限制,针对三亚近岸海域海浪要素特征开展的长期的系统观测和分析,尤其是台风过境的海浪要素响应的研究,仍然相对较少。台风过境会对海南岛周边海域的海浪动力造成显著影响,但由于海南岛自身的陆域和周边水下地形,对岛屿周边不同区域的海浪造成的影响也有所不同(李淑江 等,2016;冯兴如 等,2018;Liu et al,2022),因而对不同区域应有所区
17、别地分别进行研究。此外,分析近岸海区的波浪要素时,还有必要考虑海陆风、潮汐和潮流等局地动力因素的影响。一方面,在近岸海区,昼夜交替过程中海洋与陆地间的气温差,导致了昼间由海洋吹向陆地的海风和夜间由陆地吹向海洋的陆风,不同向的风将对海浪动力过程的影响存在差异性。另一方面,海南岛周边海域潮汐强烈,近岸海域的海流受潮汐驱动而发生周期性变向。三亚近岸海域,潮汐类型属于不正规全日潮,潮流每天发生一次变向(Li et al,2020b;Li et al,2022a)。海浪在反向海流的影响下,波高上升而波长减小;在同向海流影响下,则波高下降而波长增加(Qi et al,2019;姚顺 等,2021;Hu e
18、t al,2022)。严珍珍等(2019)的数值模式结果也显示,三亚湾海浪存在波高与水位同步周期性变化的规律。但是,针对这种周期性变向海流对海浪造成的影响,在已有研究中仍缺乏系统的观测和分析。综上考虑,本研究在三亚湾南部鹿回头半岛对开海域布放了长期连续监测站位,并利用获得的观测数据分析了三亚近岸海浪要素的基本统计特征,以及海浪要素在台风影响下发生的响应和变化规律。1 观测站位与数据 在三亚鹿回头半岛以西约 220m 海域,部署一套水文动力要素监测系统。站位水深 16.6m,位置如图 1所示。该站采用浪龙流速剖面仪(acoustic wave current profiler,AWAC)为观测设
19、备,以坐底上视的姿态布放于水下。在岸基建设控制平台,通过电缆与 AWAC 相连,实时接收观测数据并为 AWAC 供电。同类型的监测系统已在三亚东锣岛海域进行部署,系统的具体构成详见 Li 等(2020b)。观测设备 AWAC 通过表面声学李骏旻等:三亚近岸海浪观测特征及其对台风过程的响应 27 1 跟踪法,对波面进行采样,得到波浪谱,从而得到有效波高、1/10 大波波高、最大波高、平均周期、谱峰周期、主波向等参数。本研究设置 AWAC 每半小时采样一次,每次采样约 17min,频率 2Hz,共采 1024组。除测波功能外,该设备也具备测流和测量压力等功能,可提供与波浪数据同期的海流剖面和水位数
20、据。图 1 本研究观测站位及观测期间台风“森拉克”和“红霞”的路径和强度变化 a.观测站与海南岛的相对位置;b.海浪观测站附近海域的水下地形;c.台风路径;圆圈代表间隔 6h的台风中心位置,橙色、黄色和青色分别代表台风强度为强热带风暴、热带风暴和热带低压.该图基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为 GS(2019)3266 号的标准地图制作,底图无修改 Fig.1 The location of the observational site in this study,and the path and intensity changes of the typhoons Sinla
21、ku and Noul during the observational period 该站位于 2020年 1月开始部署,但不久即被抛锚破坏;于 4 月中旬对水下设备进行了修复,开始提供有效观测数据;于 10 月下旬再次被抛锚破坏,随后数据中断。考虑到冬季资料的缺失,于 20212022 年冬季期间进行了补充观测。本研究采用波浪数据的观测时段为 2020 年 4 月 14 日10 月 21 日、2021 年 12 月10 日2022 年 2 月 22 日。观测时长合计共 264d,观测时段覆盖了 4 个季节。此外,为分析沿海地区日、夜变向的海陆风对海浪的影响,并为台风期间观测站位区域的风场变
22、化过程提供支撑,本研究进一步收集了位于三亚市南部离岸3km 的东锣岛(位置见图 1)上的气象站观测资料。该站采用 MaxiMet GMX 500气象仪测量风速、风向等气象参数;数据时段为 2020年 6月 20日10月 19日。2 结果与讨论 2.1 海浪的基本观测特征 观测站位主要波参数的时间变化过程线如图 2 所示。由结果显示,站位处海浪主要呈现近岸浪特征,在绝大部分时间内呈现波高和周期较小地向海南岛岸线(即向北)传播。观测期间,有效波高主要在小于 1m的区间内变化,平均周期主要在 35s的区间内变化。有效波高、最大波高、平均周期和谱峰周期的平均值分别为 0.42m、0.64m、3.48s
23、和 6.07s。有效波高玫瑰图同样显示站位处海浪呈现持续的向北传播(见图 3),超过 80%的海浪来自 S向、SSW 向或 SW 向,超过 70%海浪的有效波高处于 0.250.75m之间。28 热 带 海 洋 学 报 Vol.42,No.4/Jul.,2023 1 图 2 观测点主要波参数的实测时间变化过程线 Fig.2 Measured variations of the main wave parameters at the observational site 图 3 有效波高(H)玫瑰图 Fig.3 Rose Diagram of significant wave height 前人
24、研究已指出,海浪的波高和周期并非完全独立,而是存在一定的相关性(葛明达,1984;范顺庭 等,1999;李淑江 等,2016)。本研究站位有效波高与平均周期的联合分布如图 4 所示。经统计,有效波高与平均周期的相关系数为 0.55,置信度超过 99%;有 60%的海浪集中在有效波高为 0.20.6m、平均周期为34s 的海况中,其中出现最大概率对应的有效波高为0.3m,对应的平均周期为 3.0s。随着周期的逐渐增大,对应的波高范围逐渐扩大,其中波高极小值缓慢增高,但波高极大值却迅速升高。很多学者根据自己的观测资料进行统计分析,得到一些经验公式,认为平均周期的平方与平均波高成正比例(葛明达,19
25、84;范顺庭 等,1999):H=T2。式中,系数 随不同海域而变。本文拟合出了有效波高和平均周期的关系(图 4),通过对有效波高的平均值进行拟合,得到=0.0304;通过对有效波高的最大值进行拟合,则得到=0.0594。上述拟合得到的有关参数与李淑江等(2016)和冯兴如等(2018)基于我国不同海区资料得出的结果较为接近。图 4 有效波高(H)与平均周期(T)的联合概率密度分布 Fig.4 Joint probability density distribution of significant wave height and mean period 除了波高、周期和波向外,波浪的持续时间
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 三亚 近岸 海浪 观测 特征 及其 台风 过程 响应
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。