基于高頻地波雷達(dá)觀測(cè)的連云港近岸海表流時(shí)空特征分析

張文雅，潘廣維，丘仲鋒，任 磊,3*，徐 青

(1.中山大學(xué)海洋工程與技術(shù)學(xué)院，廣東 珠海 519082；2.南京信息工程大學(xué)，江蘇 南京 210044；3.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(珠海)，廣東 珠海 519082；4.河海大學(xué)海洋學(xué)院，江蘇 南京 210098)

海流是影響近岸動(dòng)力過(guò)程、地形地貌形成與演變及物質(zhì)輸移最為重要的因素之一，且與海上軍事活動(dòng)、海洋能源的開采與保護(hù)、海洋漁業(yè)、港口經(jīng)濟(jì)等人類活動(dòng)關(guān)系密切。位于江蘇的連云港是中國(guó)長(zhǎng)江三角洲的重要區(qū)域性港口，也是中國(guó)海洋運(yùn)輸與內(nèi)河運(yùn)輸體系的重要樞紐，因此，對(duì)該區(qū)域近岸海流時(shí)空特征的研究具有重要的意義。

現(xiàn)有研究主要可分為基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和數(shù)值模擬2種[1-6]。前者多是基于單一站點(diǎn)或局部區(qū)域(浮標(biāo)、潮位站、ADCP等)的實(shí)測(cè)海流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其對(duì)大面積區(qū)域海流的觀測(cè)與分析探討甚少，后者可以對(duì)大面積區(qū)域海流進(jìn)行分析，但多是采用SWAN、FVCOM、WAM Ⅲ等海洋模型進(jìn)行數(shù)值模擬，因模型中的同化與近似處理，導(dǎo)致其模擬結(jié)果與實(shí)際有一定的差異。若要精確地分析大面積區(qū)域的潮流特征不能僅依靠物理模型的模擬，還需要獲取該地區(qū)的海表流矢量場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，而高頻地波雷達(dá)作為一種新型的海洋流場(chǎng)動(dòng)力觀測(cè)技術(shù)，它不僅能夠長(zhǎng)時(shí)段、連續(xù)地、大范圍獲取風(fēng)、浪、流場(chǎng)信息，而且具有在異常海面氣象繼續(xù)觀測(cè)的能力，這是傳統(tǒng)觀測(cè)手段難以實(shí)現(xiàn)的[7]。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，高頻地波雷達(dá)已成為海洋監(jiān)測(cè)最有效、可靠和經(jīng)濟(jì)的工具[8-10]。因此，本文運(yùn)用岸基高頻地波雷達(dá)系統(tǒng)獲取的長(zhǎng)周期數(shù)據(jù)對(duì)連云港近岸區(qū)域海表流時(shí)空特征進(jìn)行分析。

1 研究區(qū)域介紹

1.1 地理位置

黃海以成山頭—白翎島為界分為南黃海和北黃海，南黃海面積約為30.94萬(wàn)km2，平均水深為46 m，最大水深為144 m，陸緣深槽為界的西部平均坡度為00°00′50″[11]。

連云港近岸海域是一個(gè)位于南黃海西部的開敞性海灣，北側(cè)為海州灣，南側(cè)為連云港南部區(qū)域，由于處于近海地區(qū)，水深較淺，有海岸的阻擋作用，外海逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)潮波傳入后會(huì)呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性特征，潮差較大[4]。

連云港沿岸區(qū)域的OSMAR-S型便攜式高頻地波雷達(dá)觀測(cè)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到二維海表流矢量場(chǎng)的信息，最大探測(cè)探測(cè)距離為200 km，其空間覆蓋范圍為119.64°E～120.63°E，34.38°N～34.98°N(圖1)，形成一個(gè)34×21的空間網(wǎng)格，監(jiān)測(cè)時(shí)間段為2017年6月至2019年12月，其方位角分辨率為3°，測(cè)流精度為7 cm/s，其空間分辨率為0.03°×0.03°(3 km×3 km)，時(shí)間分辨率為20 min[12]。

圖1 連云港海域示意

1.2 地形特征

高頻地波雷達(dá)分布的區(qū)域水深在0～26 m之間，北側(cè)與海州灣相連，南側(cè)與連云港南部水域相接，在南側(cè)與陸地部分的廢棄黃河口三角洲相接壤，由于天然優(yōu)勢(shì)，該地的淤泥質(zhì)充分淤積成為水下淺灘，連云港因此成為一個(gè)優(yōu)良的深水港灣。在水深為0～10 m的海域，等深線與岸線平行，坡度較緩，其中水深在5～10 m范圍稱為陸架谷，在10 m水深處是陸架谷的頂部；在水深為10～20 m的海域，等深線基本與海岸線平行，在120.05°E～120.50°E，34.76°N～34.81°N的海域等深線分布密集，坡度急速下降；中水深大于20 m的海域，坡度再次變緩，但會(huì)存在深潭[13]。另外，在高頻地波雷達(dá)分布區(qū)域的南側(cè)水域，廣泛分布著十分特殊的輻射沙洲地形，含有明沙暗脊和潮汐水道，形態(tài)錯(cuò)綜復(fù)雜，會(huì)對(duì)研究區(qū)域地形的演變有一定的影響[6]。

1.3 水文氣象

研究區(qū)域水文氣象復(fù)雜多變，其海流變化主要受潮汐、風(fēng)應(yīng)力及波浪等影響。其水文氣象要素特征如下。

1.3.1潮汐潮流

連云港近岸海域的潮波動(dòng)力來(lái)源是北部海州灣海域，潮流自北向南流動(dòng)，且形成較大潮差，平均為3.29 m，最大能達(dá)到6.48 m[14]。該區(qū)域的潮流類型為典型的規(guī)則半日潮流，近岸海域以往復(fù)流為主，離岸呈現(xiàn)往復(fù)流轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)流的趨勢(shì)。另外，該區(qū)域的潮流特征與其空間分布有密切聯(lián)系，南北海域差異較大。主要體現(xiàn)在流速大小、流速方向、漲潮歷時(shí)和往復(fù)性強(qiáng)弱：①在漲潮階段，海州灣區(qū)域的流向?yàn)槲髂?，連云港南部區(qū)域的流向?yàn)闁|南，在落潮階段，海州灣區(qū)域的流向?yàn)闁|北，連云港南部區(qū)域的流向?yàn)槲鞅保?個(gè)區(qū)域的流向基本呈現(xiàn)垂直關(guān)系；②海州灣區(qū)域的流速大于連云港南部區(qū)域流速；③海州灣區(qū)域的漲潮歷時(shí)大于連云港南部區(qū)域漲潮歷時(shí)；④海州灣區(qū)域的往復(fù)性比連云港南部區(qū)域更強(qiáng)烈。其中，②、③體現(xiàn)出了海州灣區(qū)域的潮動(dòng)力在漲潮時(shí)占主要優(yōu)勢(shì)[4]。

1.3.2風(fēng)

連云港近岸區(qū)域位于北半球的中緯度地區(qū)，位于太平洋西部，是中國(guó)典型的東亞季風(fēng)區(qū)[15]，深受溫帶季風(fēng)和季風(fēng)濕潤(rùn)氣候影響；海陸風(fēng)尤為盛行，風(fēng)向表現(xiàn)為冬季為偏北風(fēng)，夏季為偏東南風(fēng)。由于海陸性質(zhì)差異，該地的風(fēng)速大小、風(fēng)向和持續(xù)時(shí)間、影響范圍都會(huì)受到海洋的影響，呈現(xiàn)強(qiáng)烈的海洋性特征。

1.3.3波浪

張存勇[13]認(rèn)為研究區(qū)域波浪的主要驅(qū)動(dòng)因素為風(fēng)應(yīng)力，連云港近岸區(qū)域的波浪與風(fēng)具有明顯的相關(guān)性。因?yàn)轱L(fēng)具有明顯的季節(jié)變化特征，所以在風(fēng)的作用下，波浪在浪向上也存在明顯的季節(jié)性特征，表現(xiàn)為常浪向在春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)分別為東北、東和東北、東北、東北偏北。

2 高頻地波雷達(dá)觀測(cè)系統(tǒng)

2.1 工作機(jī)理

高頻地波雷達(dá)系統(tǒng)的工作原理是利用短波(3～30 MHz)在導(dǎo)電海表面?zhèn)鞑サ倪^(guò)程中衰減率小、繞射性好的特點(diǎn)，采用垂直極化天線輻射電波使電磁波可以在彎曲地表面上遠(yuǎn)距離傳播，即實(shí)現(xiàn)超視探測(cè)海面動(dòng)力特征[10]。高頻地波雷達(dá)通過(guò)Bragg散射原理通過(guò)反演海面反射的回波獲取海況信息，由于海面的變化多端，高頻地波雷達(dá)的回波不會(huì)一直呈現(xiàn)為正弦波特征，因此采用Fourier等變換把真正的海浪分解為多個(gè)規(guī)則正弦波的疊加。其中，分解出來(lái)的正弦波都會(huì)對(duì)電磁波產(chǎn)生散射，但貢獻(xiàn)最大的海浪成分需滿足如下條件的波列：

(1)

式中L——波長(zhǎng)；φ——海浪的入射角；λ——高頻地波雷達(dá)電磁波波長(zhǎng)，即最強(qiáng)烈的后向散射會(huì)在海浪波長(zhǎng)等于高頻地波雷達(dá)發(fā)出的電磁波波長(zhǎng)的一半時(shí)產(chǎn)生。

岸基高頻地波雷達(dá)測(cè)量海流速度的基本原理是海流、海浪會(huì)對(duì)入射波會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，一個(gè)較大的固定頻移會(huì)使海水運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生頻偏，這個(gè)附加頻偏對(duì)左、右Bragg峰的影響是一致的，朝負(fù)頻率方向偏移表示流速分量與雷達(dá)的距離增大，朝正頻率方向偏移表示流速分量與雷達(dá)的距離減小，因此，可以通過(guò)測(cè)量這個(gè)附加頻偏得出海表流速。但通常單站地波雷達(dá)僅可以觀測(cè)雷達(dá)波輻射方向的徑向流信息，若要觀測(cè)整個(gè)海域的海表流流場(chǎng)，需要構(gòu)建雙站或者多站觀測(cè)系統(tǒng)，然后將不同站點(diǎn)得到的徑向流進(jìn)行矢量合成以獲取海洋表層流場(chǎng)[16-18]。

2.2 高頻地波雷達(dá)系統(tǒng)連接方式

整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)包括接收機(jī)、發(fā)射機(jī)、接收天線、發(fā)射天線、工作電腦和他們之間的連接電纜。發(fā)射天線架設(shè)在尺度約為20 m的相對(duì)平坦的基地上，保障漲潮或臺(tái)風(fēng)襲擊時(shí)海水不會(huì)侵蝕天線體。永久站發(fā)射天線場(chǎng)制作規(guī)范的地網(wǎng)，天線基地上相間120°的3個(gè)方向上，距天線底座約5 m處設(shè)置3個(gè)拉線地錨。接收天線的架設(shè)類似于發(fā)射天線，對(duì)地錨的要求完全相同，但距天線基座距離可為3～4 m。

2.3 地波雷達(dá)資料的應(yīng)用

由于表層海流的運(yùn)動(dòng)具有隨機(jī)性，且觀測(cè)的海洋面積往往較大，傳統(tǒng)海流觀測(cè)設(shè)備難以對(duì)海域進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間、大范圍、自動(dòng)的海況觀測(cè)，具有很大的局限性。而高頻地波雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)為全天候觀測(cè)、觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)且連續(xù)、觀測(cè)面積大、觀測(cè)成本低[8]。國(guó)際上現(xiàn)有測(cè)流高頻地波雷達(dá)的主要類型有：美國(guó)的SeaSonde HFR系統(tǒng)、加拿大的SWR-503系統(tǒng)、德國(guó)的WERA系統(tǒng)、英國(guó)的OSCR超視距地波雷達(dá)系統(tǒng)與Overseer系統(tǒng)以及俄羅斯的TELETS系統(tǒng)等；中國(guó)高頻地波雷達(dá)的代表是武漢大學(xué)開發(fā)的OSMAR系統(tǒng)[19]?，F(xiàn)今豐富的地波雷達(dá)觀測(cè)資料已在數(shù)據(jù)同化、模型驗(yàn)證、次中尺度過(guò)程和溢油處理等方面得到了廣泛應(yīng)用[20-28]。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 數(shù)據(jù)選取

首先，選取高頻地波雷達(dá)測(cè)得的2019年全年觀測(cè)數(shù)據(jù)，并確定已有數(shù)據(jù)均是在沒有風(fēng)暴潮等極端天氣干擾下測(cè)得的，故可直接用于本文的全年總體趨勢(shì)研究；其次，選取空間中某一觀測(cè)點(diǎn)(圖1中A點(diǎn))，繪制其數(shù)據(jù)的時(shí)間分布(圖2)。將所有的海流數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知，每個(gè)空間點(diǎn)的數(shù)據(jù)量差異顯著，即在不同觀測(cè)點(diǎn)上的某些時(shí)間節(jié)點(diǎn)上，高頻地波雷達(dá)觀測(cè)資料存在缺失，可能是由于電離層干擾、惡劣天氣或設(shè)備故障造成。為保證研究數(shù)據(jù)的連續(xù)性和準(zhǔn)確性，選取數(shù)據(jù)量大于或等于分析年份總數(shù)據(jù)量85%(15 112個(gè))的觀測(cè)點(diǎn)作為此次分析的空間點(diǎn)(圖1紅色標(biāo)識(shí)點(diǎn))，稱為高密度觀測(cè)點(diǎn)，共有326個(gè)(總觀測(cè)點(diǎn)有714個(gè))。

圖2 A點(diǎn)表層海流數(shù)據(jù)的時(shí)間分布

3.2 潮流特征

3.2.1潮流基本特征

由于受地形的影響，連云港近岸潮流基本為往復(fù)流和半日潮流[4]。圖3為大潮期間各高密度觀測(cè)點(diǎn)的逐時(shí)潮流流矢。本區(qū)域潮流靠近海岸一側(cè)基本呈現(xiàn)往復(fù)流，其流向?yàn)槲髂稀獤|北向漲潮落潮向比較集中；自近岸到外海，往復(fù)流趨勢(shì)弱化，旋轉(zhuǎn)流趨勢(shì)加強(qiáng)。

圖3 研究區(qū)域大潮逐時(shí)潮流流矢

3.2.2調(diào)和分析

潮流調(diào)和分析可以將一個(gè)潮流分解成不同天文分潮所引起的線性組成，這些天文分潮是人為規(guī)定的，有著固定的頻率，例如K1、O1、M2、S2、M3、M4、S4等分潮[29]，本文使用T-tide經(jīng)典潮流調(diào)和分析方法得出各個(gè)潮流橢圓要素。

首先，選取連續(xù)的7個(gè)月(1—7月)實(shí)測(cè)海流數(shù)據(jù)進(jìn)行空間平均處理；然后，對(duì)其進(jìn)行經(jīng)典調(diào)和分析后計(jì)算出主要分潮的調(diào)和常數(shù)及其潮流橢圓要素；接著，選取出信噪比(SNR)大于2的分潮進(jìn)行分析[30]，可知連云港近岸海域以M2分潮占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，全日分潮也占有一定比例，M1/4、M1/6淺水分潮的影響也不容忽視。

3.2.3潮流性質(zhì)

根據(jù)JTJ 221—87《港口工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，潮流類型由潮流類型系數(shù)定義：

(2)

WO1、WK1和WM2分別為其對(duì)應(yīng)分潮(表1)的最大潮流流速即潮流橢圓的半長(zhǎng)軸，其中，F(xiàn)≤0.5為規(guī)則半日潮流；0.54.0為規(guī)則全日潮流。另外，由于研究區(qū)域?qū)儆诮?，還需考慮潮流中淺水分潮的比值，淺水分潮可定義為[31-33]：

表1 主要分潮及其橢圓要素

(3)

根據(jù)計(jì)算公式計(jì)算得F、G值的空間分布見圖4，F(xiàn)值均小于0.5，平均值為0.231，該區(qū)域的主要潮流運(yùn)動(dòng)類型為規(guī)則半日潮流[4]。G值平均值為0.205，大于0.04，表明該海域淺水分潮的影響較大。圖中顯示近岸區(qū)域有處異常大值，可能是由于地波雷達(dá)在此處出現(xiàn)較大誤差，或者是該區(qū)域的地形比較特殊[13,21]。

a)F值分布

3.2.4半日分潮潮流橢圓

因?yàn)檫B云港近岸區(qū)域潮流特征為半日分潮，所以選取M2、S2、MKS2作為代表分潮來(lái)表征該區(qū)域的潮流特征(圖5)。潮流橢圓形狀越圓，其旋轉(zhuǎn)性越強(qiáng)；反之，其往復(fù)性越強(qiáng)。

a)M2分潮潮流橢圓

a)M2分潮西側(cè)的潮流橢圓以順時(shí)針為主，東側(cè)的潮汐橢圓以逆時(shí)針為主，在兩者交界處的潮流橢圓長(zhǎng)軸較小且較為扁平，往兩側(cè)呈現(xiàn)長(zhǎng)軸增加、潮流橢圓的旋轉(zhuǎn)率增大。靠近海岸的潮流橢圓極其扁平，為往復(fù)流的趨勢(shì)，遠(yuǎn)離海岸東側(cè)的橢圓旋轉(zhuǎn)率大一些，表明由岸向海往復(fù)流趨勢(shì)減弱。M2分潮的潮流橢圓的長(zhǎng)軸平均值為44.34 cm/s。

b)S2分潮的潮流橢圓以逆時(shí)針方向?yàn)橹?，少?shù)為順時(shí)針方向。潮流橢圓基本為扁平的橢圓，長(zhǎng)軸較長(zhǎng)；少數(shù)位于東側(cè)的潮流橢圓旋轉(zhuǎn)率較大，但長(zhǎng)軸較短。S2分潮的潮流橢圓的長(zhǎng)軸平均值為11.71 cm/s。

c)MKS2分潮的潮汐橢圓以逆時(shí)針為主，整體表現(xiàn)為扁平狀。東側(cè)的潮流橢圓比西側(cè)的更為圓潤(rùn)，長(zhǎng)軸更長(zhǎng)。MKS2分潮的潮流橢圓的長(zhǎng)軸平均值為12.85 cm/s。MKS2分潮與S2分潮潮流橢圓特征相近，但其往復(fù)流的趨勢(shì)會(huì)比S2分潮弱一些。

3.2.5潮流運(yùn)動(dòng)形式

為探究潮流運(yùn)動(dòng)形態(tài)及空間特征，分別計(jì)算M2、S2、MKS2分潮的旋轉(zhuǎn)率K，其計(jì)算公式為：

(4)

一般來(lái)說(shuō)，|K|>0.25時(shí)表示潮流有很強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)性，為旋轉(zhuǎn)流；|K|<0.25時(shí)，潮流主要集中在漲潮、落潮的方向上，為往復(fù)流；K>0其流向?yàn)轫槙r(shí)針，K<0其流向?yàn)槟鏁r(shí)針[32]。

M2分潮的K值在-0.6～0.4，東側(cè)K值最高達(dá)0.4，呈現(xiàn)較強(qiáng)的往復(fù)性(圖6)。西北區(qū)域和正南區(qū)域K為負(fù)值，潮流橢圓為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，其余區(qū)域?yàn)檎?，為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

a)M2分潮旋轉(zhuǎn)率

S2分潮的K值較低，主要在-0.1～0.2，有很強(qiáng)的往復(fù)性。大部分區(qū)域的K值大于零，為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

MKS2分潮的西側(cè)區(qū)域K值較低，在0左右，有較強(qiáng)的往復(fù)性，在東側(cè)區(qū)域K值逐漸變大到2，往復(fù)性逐漸減弱，旋轉(zhuǎn)性逐漸增強(qiáng)。大部分區(qū)域的K值大于零，其流向?yàn)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)。

綜上可知，在近岸區(qū)域潮流屬于往復(fù)流，隨著離岸距離的增加，K值增加，有從往復(fù)流向旋轉(zhuǎn)流轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。

3.3 空間最大流速

為給近岸或海上工程設(shè)施安全提供參考，對(duì)326個(gè)高密度觀測(cè)點(diǎn)分別求全年實(shí)測(cè)流速的最大值，分布見圖7。可知，實(shí)測(cè)最大流速介于100 ～199 cm/s之間，且主要在秋冬季節(jié)，占比為287/326；空間上有一定差異但不明顯，在最東側(cè)、最西側(cè)以及近岸區(qū)域的流速會(huì)相對(duì)大一些；根據(jù)流向可將區(qū)域劃分為四大區(qū)域，離岸較遠(yuǎn)的西北區(qū)域指向東—東北，離岸遠(yuǎn)的東北區(qū)域流向基本指向西北，東南區(qū)域指向東南，近岸區(qū)域的流向垂直于海岸線。

圖7 研究區(qū)域冬季實(shí)測(cè)最大流速矢量

離岸較遠(yuǎn)的區(qū)域可能是由于海底地形的影響，最大流速的指向與地形等高線近似平行，北部區(qū)域地形為水下淺灘，較為平坦，潮流流速較平穩(wěn)[11]，而近岸的海流由于近岸的折射效應(yīng)，潮流基本垂直于海岸線方向。

3.4 海表流場(chǎng)季節(jié)性特征

本文將海流數(shù)據(jù)劃分為春夏秋冬，春季為3—5月，夏季為6—8月，秋季為9—11月，冬季為1—2月，分別探討4個(gè)季節(jié)的海流流速大小及其分布特點(diǎn)。

首先，選取屬于3、4、5三個(gè)月份的海流數(shù)據(jù)，計(jì)算空間各點(diǎn)的海表流平均值；然后，比較并選取空間上海表流最大值，并找出最大值所在位置；夏季、秋季、冬季按相同方法選取并計(jì)算。為保持分析數(shù)據(jù)的連續(xù)性，冬季選取的月份為1、2月，結(jié)果見表2、圖8。

表2 4個(gè)季節(jié)海流流速的特征值

a)春季

由于對(duì)海表流在四個(gè)季節(jié)的平均處理近似于計(jì)算歐拉余流，因此，四個(gè)季節(jié)的平均海表流流速值較小。春季空間平均海流流速最大值為6.49 cm/s，其空間點(diǎn)位于119.73° E、34.59° N，平均值為3.11 cm/s。其流速大小的空間差異不大，高密度點(diǎn)區(qū)域的平均流向基本為北向流動(dòng)。在120.15° E西側(cè)基本向西偏轉(zhuǎn)，在120.15° E東側(cè)主要向東偏轉(zhuǎn)，流速矢量場(chǎng)具有逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，在四個(gè)季節(jié)當(dāng)中春季的平均海表流流速最小。

夏季在時(shí)間上的平均海流流速最大值為10.39 cm/s，其空間點(diǎn)位于120.39° E、34.74° N，平均值為3.33 cm/s，流向角主要在0～90°之間。在120.13° E可將區(qū)域劃分為東西2個(gè)區(qū)域，西側(cè)區(qū)域的流速較小，有的空間點(diǎn)的流速甚至趨近于0，流向以東北和南向?yàn)橹?；東側(cè)的流速較大，流向以東北向?yàn)橹?，可能與夏季徑流量較大和復(fù)雜地形相關(guān)[34]。

秋季在時(shí)間上的平均海流流速最大值為9.47 cm/s，位于119.97° E、34.83° N，平均值為3.72 cm/s。在34.67° N可將區(qū)域劃分為南北2個(gè)區(qū)域，北側(cè)區(qū)域的流速較大，流向偏向西—西南；南側(cè)區(qū)域的整體流速較小，其中近岸的流速相對(duì)較大，流向主要垂直于海岸線方向。

冬季在時(shí)間上的平均海流流速的最大值為6.65 cm/s，位于119.82° E，34.59° N，平均值為4.15 cm/s。西側(cè)平均流速大小大于東側(cè)，但流速大小在空間上的差異不顯著，流向角的范圍主要為270～360°，流速矢量場(chǎng)具有逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，可能與冬季強(qiáng)勁的偏北風(fēng)有關(guān)[35]。

3.5 最大可能流速

在以潮動(dòng)力和風(fēng)應(yīng)力為海流主要驅(qū)動(dòng)因素的近岸區(qū)域，海表流的實(shí)際流速主要受到潮流和風(fēng)的影響，計(jì)算時(shí)需將兩者進(jìn)行疊加。求得潮流最大可能流速對(duì)港口工程實(shí)際應(yīng)用十分重要。根據(jù)《港口工程技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，規(guī)則半日潮流區(qū)的最大可能潮流流速、規(guī)則全日潮流區(qū)的最大可能潮流流速分別按照式(5)、(6)計(jì)算：

(5)

(6)

連云港近岸區(qū)域?qū)儆谝?guī)則半日潮流區(qū)域，采用式(5)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見圖9。最大可能流速大小在44～158 cm/s之間，平均值為89 cm/s，近岸區(qū)域的流速值大于離岸區(qū)域，流速大小由東南向西北減弱，流速方向?yàn)榇怪庇诤０毒€指向外海。由圖可知最大可能流速的分布與M2分潮的潮流運(yùn)動(dòng)形式有一定相關(guān)性，旋轉(zhuǎn)流區(qū)域的流速值大于往復(fù)流區(qū)域。另外，近岸區(qū)域出現(xiàn)的高于周圍區(qū)域的最大可能流速可能與離岸距離或是海域特殊地形有關(guān)系，該地的水深小于5 m，等深線密集分布，水深變化梯度大，產(chǎn)生更大的流速。

圖9 最大可能潮流流速分布

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)2019年1—12月連云港近岸區(qū)域的高頻地波雷達(dá)海表流觀測(cè)資料進(jìn)行時(shí)空特征分析，得到結(jié)論如下。

a)準(zhǔn)調(diào)和分析結(jié)果表明潮流運(yùn)動(dòng)類型為規(guī)則半日潮流，淺水分潮影響較大。其潮流運(yùn)動(dòng)形式有一定的差異，靠近海岸一側(cè)基本呈現(xiàn)往復(fù)流，流向?yàn)槲髂稀獤|北向，漲潮落潮流向比較集中；潮流從近岸往外海的變化趨勢(shì)是旋轉(zhuǎn)流趨勢(shì)增強(qiáng)，往復(fù)流趨勢(shì)減弱，在研究區(qū)域西部，M2分潮潮流橢圓流向主要為順時(shí)針，S2和MKS2分潮潮流橢圓的主要流向?yàn)槟鏁r(shí)針；M2分潮潮流橢圓長(zhǎng)軸平均矢量為44.34 cm/s，S2分潮為11.71 cm/s，MKS2分潮為12.85 cm/s。

b)海表流實(shí)測(cè)最大流速大小介于100～199 cm/s之間，主要在秋冬季節(jié)，空間上差異不明顯；近岸區(qū)域流向垂直于海岸線，離岸遠(yuǎn)的區(qū)域以西北、東南向?yàn)橹鳌?/p>

c)四季平均的海表流流場(chǎng)時(shí)空變化特征差異顯著，4個(gè)季節(jié)的流速矢量場(chǎng)分布各異，整體上具有逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)；春、夏、秋、冬季節(jié)的平均流速大小分別為3.11、3.33、3.72、4.15 cm/s。

d)該海域最大可能流速大小在44～158 cm/s之間，平均值為89 cm/s。在空間分布上近岸區(qū)域的流速大小大于離岸區(qū)域，其方向?yàn)榇怪庇诤０毒€方向。流速大小由東南向西北減弱，流速方向?yàn)榇怪庇诤０毒€指向外海。