广义Taylor模型在中国近海典型海域潮汐动力学中的应用

The Taylor’s model can be used to decompose the tidal wave into a superposition of incident and reflected Kelvin waves and Poincaré waves, and can therefore facilitate the understanding the dynamic roles of the propagation, reflection and superposition of tidal waves in the formation of the tidal regime. In this aspect this method is superior to the methods, such as the numerical simulation and the qualitative analysis of observations. This project aims to study the application of the generalized Taylor’s model to the typical sea areas adjacent to China to reveal formation mechanisms of the tidal characteristics in these areas. We plan to select the Taiwan Strait and the Korean Strait-Japan Sea area as the focusing areas. We will establish the theoretical models for tides and tidal currents in these areas, and decompose the tidal waves into incident and reflected Kelvin waves and Poincaré waves to investigate the formation mechanism of tidal characteristics in these areas. For Taiwan Strait, we will forces on the formation cause of high amplitudes of M2 constituent along the west shore of the Strait; For the Korean Strait-Japan Sea area, we will focus on the study of the dynamic mechanism of formation of the semidiurnal and diurnal tidal amphidromic systems.

Taylor模型可以将海洋中的潮波分解为入射和反射Kelvin波及Poincaré波的叠加，从而可以深入了解潮波传播、反射和叠加等过程在该海域潮波形成中的动力学作用，在这方面它要优于数值模拟和实测调查定性分析等方法。本项目旨在探索将广义Taylor模型应用于中国近海典型海域的潮汐动力学中，通过将这些海域理想化并建立其相应的广义Taylor模型，以便了解这些海域潮波特征的形成机制。本研究拟选择台湾海峡和朝鲜海峡－日本海两个海域作为研究对象，分别建立其潮汐潮流的理论模型，利用模型解析解将其分解出Kelvin波和Poincaré波，从而研究潮汐特征的形成机制。对于台湾海峡，主要关注M2分潮其西岸高值区的形成原因；对于朝鲜海峡－日本海海域则重点研究半日潮和全日潮旋转潮波系统的形成机制问题。

经典Taylor模型研究了半封闭、无限长、等深、矩形海湾的潮波问题，但难以应用于具体海域。本项目通过在控制方程中加入了摩擦项，增加开边界条件，链接条件，使广义Taylor模型可以应用于更复杂岸线、水深条件的海湾或海峡的潮波研究，并成功应用于台湾海峡和朝鲜海峡-日本海。基于广义Taylor模型，建立两个区域的理论模型并求得解析解，得到Kelvin波和Poincaré波的分解形式，结合数值模拟实验，分别研究了台湾海峡和朝鲜海峡的潮汐结构形成机制。取得的主要科学认识有：.（1）台湾海峡中的M2分潮主要受东海传入的潮波控制，潮波受台湾海峡以南急陡地形影响发生反射，反射波与南下潮波相差约180°，且反射波迟角与来自吕宋海峡的潮波接近，因此在台湾海峡南端形成了波节带结构，反射波与吕宋海峡叠加北传，在台湾海峡西岸与南下Kelvin波的迟角达到相同，形成了台湾海峡西岸的强潮区。.（2）与台湾海峡类似，日本海盆的突然加深引起的潮波反射，是朝鲜海峡中K1和M2无潮点形成的主要原因，且K1和M2分潮反射波与入射波差分别为151°和168°，因此K1分潮的无潮点较M2分潮远离日本海海盆，日本海近乎封闭的地形对反射波也起到加强作用。.（3）通过建立并推导一维不等深，不等宽海湾/海峡模型，明确了Kelvin波在水深骤减时发生反射的普适性规律，并首次提出了潮波频率与反射波迟角变化的关系式。. 该成果可用于Kelvin波为主导的海域，无潮点或波节带的产生及位置的机制研究，也可为数值模型参数化方案的优化提供思路。以上研究成果，以第一作者在《Ocean Science》（SCI 2区）等期刊发表论文2篇，正在评审SCI论文1篇。