0 引言

太平洋潮波经巴士海峡和巴林海峡进入南海后，一部分向台湾海峡传去，另一部分沿着华南大陆架呈弧线传播。受海岛和海岸地形摩擦等因素的影响，雷州半岛东部海域的潮流变得比较复杂^[1-3]。通过海洋观测，获取雷州半岛东部海域水体动力环境数据，进而研究该海域的潮流特征，可为相关海域的数值模拟和工程应用提供重要参考。国内外已有众多学者对南海北部海域的海流运动进行了研究，路泽廷等^[4]对湛江近海M2分潮进行数值模拟，揭示了湛江附近海域M2分潮潮流的分布特征和运动规律；吴海军等^[5]分析了茂名港附近区域潮流特征，同时还对该海域的流场和输沙时空变化特征就行了研究；严金辉等^[6]在水东港附近设置单点海洋浮标站，对粤西水东单点系泊海域潮流和低频流特征进行了分析；杨庆轩等^[7]利用2000年8—11月南海北部定点流速观测资料，分析得出该海域潮流为逆时针旋转，并且以K1和M2为主要分量。

南海北部海区的海流及潮流变化复杂，需要大范围的长期观测才能更好地掌握其特征与变化规律。本文在前人研究的基础上，利用2012年8—9月雷州半岛东部海域大范围的水文观测资料，对该海域的潮流特征进行分析。通过准调和分析，讨论该海域的潮流性质、实测潮流统计特征、潮流运动形式、最大可能潮流流速和余流分布特征等，以期进一步为南海海洋水动力环境研究提供参考。

1 材料与方法 1.1 材料

2012年8月30日—9月9日，在雷州半岛东部海域开展了大范围的大、中、小潮期间的潮流观测，共10个站位，每个测站位观测层数为6层(表层、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H和底层，其中H代表水深)，时间间隔为1 h。潮流测站的位置如图 1所示。

1.2 方法 1.2.1 调和分析

近岸带实测的海流包括由天体引力所产生的潮流以及主要由气候、气象条件所造成的非潮流(也称余流)两部分。潮流是海水受日、月等天体引潮力作用后产生的周期性水平流动。潮流分析的目的是根据海流周日观测资料，分离潮流和非潮流，同时算得潮流调和常数，进而计算其潮流特征值，并判断海区的潮流性质^[8-9]。

海区的潮流性质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，其判别式如下：

$F=\frac{W_{\mathrm{ol}}+W_{\mathrm{K} 1}}{W_{\mathrm{M} 2}}, $

(1)

式中的W_O1、W_K1、W_M2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。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。

1.2.2 最大可能流速

根据《海港水文规范》(JTS 145-2—2013)^[10]，对于规则半日潮流海域，潮流的可能最大流速可由下式计算：

$\begin{aligned} \vec{V}_{\max } &=1.295 \vec{W}_{\mathrm{M} 2}+1.245 \overrightarrow{\mathrm{W}}_{\mathrm{s} 2}+\vec{W}_{\mathrm{K} 1}+\vec{W}_{\mathrm{o1}}+\\ \vec{W}_{\mathrm{MA}}+\vec{W}_{\mathrm{MS4}} \end{aligned}。$

(2)

对规则全日潮流海域，潮流的可能最大流速可由下式计算：

$\vec{V}_{\max }=\vec{W}_{\mathrm{M} 2}+\vec{W}_{\mathrm{S} 2}+1.600 \overrightarrow{\mathrm{W}}_{\mathrm{K} 1}+1.450 \overrightarrow{\mathrm{W}}_{\mathrm{O} 1}, $

(3)

式中的$\vec{W}_{\mathrm{M} 2}$、$\vec{W}_{\mathrm{S} 2}$、$\vec{W}_{\mathrm{K} 1}$、$\vec{W}_{\mathrm{O} 1}$分别为M2、S2、K1、O1分潮流的椭圆长半轴矢量。

对于不规则全日潮流海域和不规则全日潮流海域，潮流的可能最大流速可取公式(2)和(3)计算后的最大值^[10]。

2 结果与分析 2.1 潮流性质

对10个潮流测站的海流观测数据进行调和分析，计算结果显示：各个潮流测站示性系数F值为0.38~3.59(表 1)，总平均值为2.21。具体分析显示，该海域潮流类型是以不规则全日潮流性质为主，部分测站呈现出规则或者不规则的半日潮流性质。受地形、季节性海流变化等因素影响，潮流在某些局部发生变形，呈现出不规则形态，既有半日潮流也有全日潮流，表明本海域潮流类型属不规则全日潮流性质。

对雷州半岛东部海域海流进一步研究显示：该海域处于琼州海域东口北缘，与南海北部海域相连。太平洋潮波经巴士海峡和巴林塘海峡传入南海，然后分成两支，北支沿广东东南海域向西传播进入琼州海峡，南支经海南岛南部海域进入北部湾，并在北部湾形成一个独立的潮波系统，再通过琼州海峡向东传播影响本研究海域附近。因此，研究海域潮流既受到北部湾潮波系统控制，又受到南海北支潮波的影响，表现出一定的复杂性。

2.2 实测潮流统计 2.2.1 潮段平均流速

对各个测站在大、中、小潮观测期间的垂线平均流速进行统计，按涨潮段、落潮段分别求其矢量平均值得到各测站潮段平均流速(表 2)。对观测期间的实测流速进行分析可以得到：涨、落潮段平均流速分别为0.44 m/s和0.42 m/s，涨潮段平均流速大于落潮段平均流速；涨潮段平均流速中，大潮最大，中潮和小潮相当；落潮段平均流速中，大潮和中潮相当，小潮最小。涨潮段平均流速最大值发生在大潮C9测站，为0.91 m/s，最小值在小潮C2测站，为0.14 m/s；落潮段平均流速最大值发生在大潮C9测站，为0.69 m/s，最小值发生在小潮C1测站，为0.16 m/s。平均最大流速测站都发生在南部海域，平均最小流速测站发生在北部海域。

2.2.2 最大流速

对各站在大、中、小潮观测期间出现的流速最大值进行统计，最大值及其所在层次如表 3所示。对观测期间的实测流速分析可以得出：大潮实测最大流速为1.68 m/s，流向为360°，出现在C5涨潮段的表层；中、小潮实测最大流速分别为1.08 m/s和1.21 m/s，流向分别为215°和219°，都出现在C9测站落潮段的表层。大、中、小潮的流速基本呈现逐渐减小的趋势，并且最大流速基本都出现在表层。

2.2.3 流速垂向分布

研究海域附近潮流垂线平均流速在0.19~0.92 m/s (表 4)，垂线平均最大流速在0.28~1.47 m/s(表 5)；大潮平均流速明显大于中潮和小潮。流向基本以下洋岬角为界，北侧的C1~C8流向基本呈NW—SE或偏N—S向，而C9、C10流向与深槽走向一致，基本呈NE—SW向。

2.2.4 潮流矢量分析

对研究海域的潮流进行矢量分析，分别绘制出大、中、小潮的垂向平均潮流矢量图。由图 2~4可以看出，该海域C1、C2、C4和C6测站表现出均为旋转流特征，其余测站表现出往复流特征。近岸浅水测站涨、落潮流平均流向基本沿海岸线方向，基本呈往复流，深水测站基本呈旋转流，区域性变化显著。

2.3 潮流调和分析

由计算所得各分潮潮流椭圆长轴长、短轴长及长轴向可知，各主要分潮流基本以K1全日分潮流为主，其次是O1全日分潮流，M2半日分潮流、S2半日分潮流、M4四分之一分潮和MS4复合潮均较小。K1全日分潮流和O1全日分潮流最大流速(长半轴)的最大值为93.4 cm/s和84.4 cm/s (表 6)。

潮流的运动形式由潮流的椭圆率来描述，椭圆率为潮流椭圆的短轴和长轴之比。当椭圆率绝对值大于0.25时，潮流表现出较强的旋转性，即旋转流；当椭圆率绝对值小于0.25时，潮流表现为往复流。根据前述的分析，由于研究海域潮流类型属于不规则全日潮性质，且全日分潮流中，K1分潮最具有代表性，因此根据K1分潮流的椭圆率值来分析施测海域潮流的运动形式。根据表 6所列的K1分潮的椭圆率可以看出：C3、C5、C7、C8、C9、C10测站的椭圆率绝对值显著小于0.25，即各测站均表现为往复流，且椭圆率越接近零，往复性表现越明显，旋转性越微弱。椭圆率值多为负，表明潮流沿逆时针方向旋转, 与实测结果一致。

2.4 最大可能流速

根据《海港水文规范》^[10]，各测站潮流最大可能流速计算结果如表 7所示：潮流的可能最大流速以C9测站的表层最大，达3.43 m/s。受海底摩擦的影响，各测站潮流的可能最大流速基本由表到底逐渐减小，最大值基本出现在表层。各测站各层潮流的可能最大流速为0.56~3.43 m/s。由于C4和C5测站水深较浅，垂线分层采用3点法，其余测站水深较深，垂线分层采用6点法。表 7中，C4和C5测站0.2H、0.6H、0.8H数据未采集，用“—”代替。

2.5 余流

余流一般指实测海流扣除周期性潮流后所剩留部分，从表 8计算结果来看，研究海域余流主要受风况、局部地形因素影响，余流强度较小，一般在10 cm/s以下，大潮和中潮余流方向主要以偏南向为主，小潮余流方向主要以偏西南向为主。观测海区余流流速以C4测站最大，平均约为10.7 cm/s。其次是C5测站，平均为8.3 cm/s。最小余流发生在C1测站，平均为4.1 cm/s。各潮次观测海域余流速度大潮平均为6.3 cm/s，中潮平均为7.7 cm/s，小潮平均为4.8 cm/s。余流流向，各站差异较大。

3 结论

通过对2012年8—9月雷州半岛东部海域现场海洋观测数据资料进行分析研究，主要得出以下结论：雷州半岛东部研究海域为不规则全日潮流，涨潮段流速大于落潮段流速，最大流速基本都出现在表层，大潮平均流速明显大于中潮和小潮。流向基本以下洋岬角为界，北侧的C1~C8流向基本呈NW—SE或偏N—S向，而C9、C10流向与深槽走向一致，基本呈NE—SW向。近岸浅水测站涨、落潮流平均流向基本沿海岸线方向，基本呈往复流，深水测站基本呈旋转流，区域性变化显著。潮流的可能最大流速出现在以C9测站的表层，余流主要受风况、局部地形因素影响，余流强度较小，一般在10 cm/s以下，大潮和中潮余流方向主要以偏南向为主，小潮余流方向主要以偏向西南为主。