洞头洋海域定点实测海流资料异常现象浅析

张坤军，张秀祥，张 杰

（1.浙江省河海测绘院，浙江 杭州 310008；

2.浙江省河口海岸重点实验室，浙江 杭州 310020；3.浙江省工程勘察院，浙江 宁波 315012）

洞头洋海域定点实测海流资料异常现象浅析

张坤军1，2，张秀祥3，张 杰1，2

（1.浙江省河海测绘院，浙江 杭州 310008；

2.浙江省河口海岸重点实验室，浙江 杭州 310020；3.浙江省工程勘察院，浙江 宁波 315012）

2015年6月在洞头洋海域进行了4条垂线的大、小潮ADCP测流，对测流数据出现的单向流异常现象进行了成因分析。结果表明，风应力、海底地形和自身潮流强度是引起海流异常现象的原因。其中2条小潮汛ADCP测流垂线从面层至底层出现的单向流现象，在近岸海流中比较罕见，表明风海流矢量在海流中占有相当大的比重。

ADCP；单向海流；成因分析；风海流

1 问题的提出

洞头洋位于浙江省东南部海域，洞头列岛东面，因地处洞头区境内外，故名洞头洋。因项目任务需要于2015年6月下旬按大、小潮分别对4条垂线进行定点测流，垂线编号为P1 ～ P4。测区处于洞头本岛和大竹峙岛之间，呈东北 — 西南走向，海底地形较平坦，显著特点是测区地势高于周边海域，见图1。测流仪器采用声学多普勒流速剖面仪（ADCP，WHR 600 kHz），前、后锚固定的浮标平台进行安装，空间采样间隔0.5 m，时间采样间隔30 min，每条垂线按大、小潮分别观测29 h。将测得的海流数据进行整编分析，发现各垂线大、小潮海流的流向存在较大差异，其中小潮汛P1和P3垂线海流的流向基本呈现单向流状态，其余垂线也不同程度地出现反常现象（见图2 ～ 3）。基于上述异常现象，有必要对引起此现象的原因进行具体分析。

图1 测区地理位置及测流垂线示意图

图2 大潮汛垂线平均流速矢量图

图3 小潮汛垂线平均流速矢量图

2 成因分析

海流是海水因热辐射、蒸发、降水、冷缩等而形成密度不同的水团，再加上风应力、地转偏向力、引潮力等作用而大规模相对稳定的流动，它是海水的普遍运动形式之一。海流按成因分有潮流、风海流、密度流、倾斜流和补偿流等，按运动形式分为往复流和旋转流2种，往复流的流速和流向往往在2个相对的主要方向上变化，一般出现在海峡、水道或狭窄港湾内和近岸地区；受地转偏向力作用，流速和流向呈旋转式的变化，通常称为旋转流，出现在外海或离岸较远且较宽敞的海区[1]。

根据常识判断，测区海流的运动形式应以往复流为主。然而图3较直观地反映出小潮汛时各垂线既非往复流，也不属于旋转流，且P1和P3垂线的流向呈现为单向状态。考虑测区附近的气象条件、海底地形等因素，对引起前述海流现象的原因分析如下。

2.1 风应力的作用

风吹过海面时，风对海面的摩擦力以及风对海浪迎风面施加的压力，迫使海水向前移动，便形成风海流。当海面刮起一定风速的恒向风，且持续了一段时间之后，就会产生风海流[2]。

在测流的同时，每双整点在P1垂线进行了风速风向观测，其中大潮汛常风向为NE向，实测最大风速为7.6 m/s，对应风级为4级；小潮汛常风向为SW向，实测最大风速为16.7 m/s，对应风级为7级。大、小潮风向相反，小潮汛风速明显大于大潮汛。另外，经查询当地海洋与渔业网发布的海洋气象预报，大潮汛测流期间东北风5 ～ 6级，小潮汛测流期间西南风7级阵风8 ～ 9级，且测流前2 d风力有逐渐增强的趋势。因此，大潮汛时潮流矢量为海流的主要成分，使海流运动呈现为往复流形式；而小潮汛时风海流矢量在海流中占主导作用，风是出现单向海流的主要原因。

不妨将各垂线的分层流速(面层、0.6 H和底层)分别按大、小潮进行对比分析，见图4 ～ 5。从图4 ～ 5中可以发现，风对大、小潮海流的影响深度存在差异，大潮汛时，由于NE向恒向风风力相对较弱，除各垂线的面层海流受到不同程度的影响外，其余各层海流基本呈现为往复流状态；小潮汛时各垂线海流均受到SW向恒向风的影响，特别是P1和P3垂线，涉及的深度到达垂线的底层，而对P2和P4垂线的影响，从上往下逐渐减弱，底层海流呈现为规律的往复流状态。

图4 大潮汛分层流速矢量图(面层、0.6 H和底层)

图5 小潮汛分层流速矢量图(面层、0.6 H和底层)

2.2 海底地形的影响

海底地形是影响海洋要素分布的重要因素之一，海流往往受到海岸以及海底地形的影响[3]。某种意义上讲，海流的强度和方向与海底地形是相辅相成的关系，具有较强的关联性。从图1可以看出，10 m等深线自北往南绕过测区，除垂线P4外，其余3条垂线位于10 m等深线内部，即测区海底地势高于周边海域。上述地形条件的显著特征是海流对外界环境因素的作用比较敏感，如果海流受一定时长的恒向风作用，容易产生风生流，当风力增强的一定程度时，其影响将直达海底。相比其他3条垂线，P4垂线处于相对较深的区域，其受风的影响不甚明显。

2.3 自身潮流强度

海水受到月球和太阳的吸引力作用，而产生的一种周期性交替进行的升降运动，这种海面升降现象，称为潮汐。海面升降导致的海水水平运动，称为潮流。通过查阅测区附近潮位站的潮汐资料，发现测流期间小潮的潮差明显小于大潮，约为大潮平均潮差的1/2，因此，自身潮流强度较小是引起海流异常现象的内在原因。

3 结 语

海洋环境瞬息万变，浅海海流受到诸多外界因素的影响。对于近岸区域而言，海流受海岸线、海底地形、局地风等多种因素的作用而变得十分复杂。通常情况下，海流有3个部分组成：潮汐运动引起的潮流矢量、大洋环流和河口流形成的海流矢量、风直接作用于海面而引起的海流矢量[4]，相互之间存在此消彼长的关系，当某种矢量占主要成分时，海流就表现为该矢量所具有的特征。

[1] 孟德润，田光耀，刘雁春.潮汐测量学[M].北京：海潮出版社，1993.

[2] 金定佐.简谈风生流[J].航海，1982(5)：24.

[3] 钱永甫，王谦谦，朱伯承.海底地形对南海海流 — 海面高度和海温影响的数值试验[J].热带气象学报，1999，15(4)：289 - 296.

[4] 董海军.重现期法进行近岸海区风生海流计算的应用[J].港工技术，2009，46(2)：1 - 3.

（责任编辑 姚小槐）

Analysis on Abnormal Phenomenon of Observed Sea Currents Data of Fixed Points in Dongtou Sea Area

ZHANG Kun - jun1，2，ZHANG Xiu - xiang3，ZHANG Jie1，2
(1.Zhejiang Surveying Institute of Estuary and Coast，Hangzhou 310008，Zhejiang，China；2.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Estuary and Coast，Hangzhou 310020，Zhejiang，China；3.Zhejiang Provincial Engineering Investigation Institute，Ningbo 315012，Zhejiang，China)

In June 2015，four vertical line ADCP flow measurements were made during spring tide and neap tide in Dongtou Sea Area. Casual analysis was made on the abnormal phenomenon of unidirectional currents. Results suggest that wind stress，seabed topography and its own tidal current intensity would lead to the unusual phenomenon. The unidirectional currents observed from surface to bottom of two vertical lines during neap tide was rarely seen in offshore currents，indicating that the wind currents vector had a sizable proportion in sea currents.

ADCP；unidirectional currents；causal analysis；wind currents

P332

：A

：1008 - 701X(2017)01 - 0055 - 03

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.01.019

2016-09-10

浙江省科技计划项目(培育创新载体)(2016F10012)；浙江省水利科技计划项目(审核类)（RC1605）。

张坤军(1983 - )，男，工程师，硕士，主要从事海洋测绘相关工作。E - mail：redkj@qq.com