粤西阳江海域单点浮标观测海流特征分析

周良明，牟晓倩，吕娇玉，李寻喜黄晓彬，赖俊荣，阮芳伟，刘俊全

（1. 海南热带海洋学院 科学研究与技术开发处，海南 三亚 572022；2. 中广核阳江海上风力发电有限公司，广东 阳江 529500）

0 引言

粤西阳江海域主要受西南季风、热带气旋、东北季风三种天气系统影响。该海域是重要的海洋通道，同时也是广东省海洋新能源开发建设及海洋养殖的主要海域。近年来，随着海上风电业和深水养殖业的不断发展，深入研究该海域的海流动力特征对于海洋交通、生产及海洋工程的设计、施工等有着重要的指导意义。

对于粤西海域海流的分析和研究，尤其是存在较多争议的夏季粤西余流，诸多学者基于实测资料做了大量的研究工作。杨士瑛等[1］利用1962—1976 年间的漂流瓶和30 个定点的夏季海流连续观测资料给出了夏季粤西环流的特征，并指出夏季珠江口以西的近岸流大部分时间向西流动。严金辉等[2］对2000年11 月至2001 年10 月间水东单点系泊实测资料的潮流和低频流特征进行了分析研究，结果表明研究海域的余流主要方向为西南偏西（WSW）方向，一年中WSW 方向出现的频率大于80%，5—9 月期间，由于西南季风盛行，WSW 向余流出现频率明显降低。曹永港等[3］对2018年7月期间阳江海域10个站位的全潮观测资料进行了分析，结果显示夏季的余流具有风海流的性质。

本研究将对阳江风电场海域深水区单点浮标2018年9月至2019年8月完整一年的海流观测资料进行了统计和调和分析，为研究粤西海域海流的运动特征提供有力的补充。

1 观测资料概况

1.1 资料来源

利用3 m 海洋观测浮标进行观测，观测点位置：21°14′24.36″N，111°36′28.92″E，水深28 m。观测电源采用太阳能供电方式，数据采集采用MCA2-S 系统，通信系统使用CDMA 通信和北斗卫星通信两种方式。海流测量仪器为ADCP，工作频率：600 kHz，最小单元尺寸：1 m，精度：0.5%测量值，或0.5 cm·s-1。观测时间为2018年9月1日04时至2019年8月16日16时，资料完好率为95.8%。

1.2 统计方法

根据《海上风电场风能资源测量及海洋水文观测规范》（2012）[4］，采用六点法分层统计流速和流向过程，包括0.8h、0.6h、0.4h、0.2h各层、底层、表层和垂向的平均流速和流向，h代表水深，其中垂向平均流速和流向按公式

进行矢量计算，其中：VV为垂向平均流速和流向；VSL和VGF分别为表层和底层的平均流速和流向；V0.2h、V0.4h、V0.6h和V0.8h分别为0.2h、0.4h、0.6h和0.8h水深层的平均流速和流向。

2 海流特征分析

2.1 流速特征

根据周年海流资料统计给出了观测期间各月份、分层及垂向平均的最大流速和平均流速（表1），基本特征如下：

表1 2018年9月—2019年8月期间各测层平均流速统计单位：平均流速/（cm·s-1）；流向/°

1）各月平均流速值在10.1～28 cm·s-1之间。

2）涨潮流速明显大于落潮流速，年平均涨潮流速为20 cm·s-1，平均落潮流速为13.9 cm·s-1。

3）观测期间的最大流速为128.8 cm·s-1，流向为261°，出现在9 月份涨潮期间0.2h层，由1822 号台风“山竹”的极端天气系统造成。1822号台风“山竹”于2018年9月16日17时在广东台山海宴镇登陆，登陆时中心附近最大风力14 级（45 m·s-1），中心最低气压955 HPa。通过实测数据发现，台风过境时潮流变成全日潮型，潮流方向基本偏向西南向。

2.2 潮流调和分析

对周年观测资料进行调和分析，得到M2，S2，O1，K1，M4和MS4分潮的振幅分别为8.25 cm·s-1、5.06 cm·s-1、4.10 cm·s-1、4.43 cm·s-1、1.28 cm·s-1和0.83 cm·s-1。其中M2和S2分别为太阴和太阳半日分潮流，O1和K1分别为太阴和太阳全日分潮流，M4为四分之一太阴分潮流，MS4为四分之一太阴太阳复合潮流。可见该海域以半日分潮流（M2和S2半日分潮流）为主，全日分潮流（O1和K1全日分潮流）次之，M4四分之一分潮和MS4复合潮均较小。

2.2.1 潮流性质

潮流类型取决于半日潮流成分和全日潮流成分的相对比重，即主要分潮流的振幅比，如半日潮流占绝对主导地位即为正规半日潮流，反之如全日潮占绝对主导即为正规全日潮流，根据潮流类型判别式

来做判断，其中WO1、WK1、WM2分别为主太阴日分潮流、太阴太阳赤纬日分潮流和主太阴半日分潮流的椭圆长半轴长度（cm·s-1）。

当F≤0.5时为规则半日潮流；

当0.5＜F≤2.0时为不规则半日潮流；

当2.0＜F≤4.0时为不规则全日潮流；

当F＞4.0时为规则全日潮流。

计算所得垂线平均的F值为1.03，因此本海域潮流类型是以不规则半日潮流性质为主。

2.2.2 潮流运动形式

潮流的运动形式由潮流的椭圆旋转率K值来描述，K值为潮流椭圆的短轴和长轴之比。当K≥0.25时，潮流表现出较强的旋转性；当K＜0.25 时，潮流表现为往复流。由于研究海域潮流类型主要属于不规则半日潮流性质，且半日分潮流中M2分潮最具有代表性，因此根据M2分潮流的椭圆旋转率K值来分析潮流的运动形式。根据表2所列的M2分潮的K值可以看出：除0.8h层和底层的K值稍大于0.25，其余各层次K值均小于0.25，表现为往复潮流性质，主导方向为西南-东北（SW-NE）向。

表2 各测层M2分潮的椭圆旋转率K值

2.3 余流

余流指实测海流资料中除去周期性天文潮流运动之外剩余的部分流动，反映海水较长时间的输送特征，原因非常复杂，包括非线性底摩擦效应、海水运动过程中连续方程和动量方程中的非线性项等，风海流和因季节因素产生的径流也是余流的影响因素。

通过计算给出各月、各层余流如表3所示，该海域余流特征如下：

表3 2018年9月—2019年8月各月、各层余流

1）余流基本上随深度的增加而逐渐减小。

2）有季节的变化特征。冬季的余流明显大于夏季的，其中1月余流最大，月平均值为17.6cm·s-1，最大余流为27.14 cm·s-1，出现在表层；7月余流最小，月平均值为2.6 cm·s-1。

3）余流具有方向特征。6月、7月出现较弱的东北向（NE）余流，平均余流大小为3.6 cm·s-1。作者认为这主要是因为盛行的西南季风导致的东北向（NE）风海流，从而减弱了西南向余流。其他月份比较稳定的流向为西南方向（SW），为粤西海域环流气旋涡的北翼，且余流相对较强。形成的原因包括强大的东北季风、热带气旋及珠江径流等。全年的平均余流为7.3 cm·s-1，平均流向为220°。

3 结论

1）本海域潮流类型是以不规则半日潮流性质为主，潮流运动形式表现为往复潮流性质，主导方向为西南-东北（SW-NE）向。

2）各月平均流速值在10.1～28 cm·s-1之间。涨潮流速明显大于落潮流速，年平均涨潮流速为20 cm·s-1，平均落潮流速为13.9 cm·s-1。观测期间的最大流速为128.8 cm·s-1，流向为261°，出现在9 月份涨潮期间0.2h层，由1822号台风“山竹”的极端天气系统造成。

3）全年余流除6月、7月出现较弱的东北向（NE）余流，其他月份的流向都为西南方向（SW）。冬季的余流明显大于夏季，其中1月余流最大，月平均值为17.6 cm·s-1，最大余流为27.14 cm·s-1，出现在表层；7月余流最小，月平均值为2.6 cm·s-1。全年的平均余流为7.3 cm·s-1，平均流向为220°。