高精度沿海声层析潮流观测研究

张传正   2017-06-05

      2015年3月7日-8日,我们在大连湾进行了高精度的沿海声层析(Coastal acoustic tomography, 简称CAT)潮流观测实验。实验成功获取了11个CAT站位51条声线对的传播时间差数据,并利用逆方法反演得到了潮流的水平分布。大连湾的潮流以M2为主,最大流速为0.69 m s-1,位于湾的东部和西南部,流速向湾内逐渐减小,平均流速为0.31 m s-1 (图1)。通过逆方法所得到表层15米的平均流速与湾内定点观测的ADCP流速一致,东分量与北分量的均方差都只有0.04 m s-1。这次声层析观测是迄今为止精度最高的。通过改变声线数的敏感性分析,反演的声线从51条减少到11条,CAT与定点ADCP的均方差从0.04 m s-1增大到0.08 m s-1。声线数的减少导致两种观测方式差异的增大(图2(a))。本实验建议29条观测声线数是最经济的CAT观测条件,其声线的空间分辨率为2.03*QQ截图20170605092945.png 。在大连湾实验中,声线的空间分辨率与东分量和北分量的均方差都有很好的相关性,相关系数分别为0.99和0.98(图2(b))。这是第一次利用实际观测数据讨论了声线的空间分辨率对流场反演精度的影响,可以为以后的实验设计提供参考。此外,对大连湾的余流进行动量分析表明,余水位的水平压力梯度项和科氏力项分别贡献38.3%和36.0%,表明这两项是大连湾余流生成的主要影响因素。

引用:Zhang, C., X.-H. Zhu, Z.-N. Zhu, W. Liu, Z. Zhang, X. Fan, R. Zhao, M. Dong and M. Wang. High-precision measurement of tidal current structures using coastal acoustic tomography. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2017, 193: 12-24.

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图1. 每小时的潮流分布图。黑点和灰线分别表示声层析观测站位和站位间的声线。黑色和红色箭头分别表示CAT和ADCP观测得到的流速分布。观测时间和所对应的潮位变化分别表示在图的右下角和左上角。DSS,XSS和SS分别表示大三山水道,小三山水道和三山水道。