【研究意义】南海是邻近中国大陆最大的半封闭深水海盆，海岸线和海底地形非常复杂。在季风、太阳辐射、地形和周边海域水交换等因素的共同作用下，南海海流运动特征也变得较为复杂。【前人研究进展】国内外已有很多海洋学者对南海海流运动进行相关研究，其主要研究手段以数值模拟为主^[1-7]，或者以海洋浮标观测数据进行分析得到^[8-9]；苏京志等^[10]利用1988—1998年间26个浮标资料，分析了南海部分海域的表层流场，给出了0.5°×0.5°网格的平均海流矢量图；方文东等^[11]对南海上层环流研究做了详尽评述。采用数值模拟方法研究存在着一些局限性，例如采用数值模拟方法计算地转流时零势面的选取、数值模式的边界条件、初始条件的确定都影响到反演出流场的准确性^[12]。【本研究切入点】在前人研究的基础上^[13-15]，利用2017年6月在南海北部海南岛东北海域大潮期9个连续周日海流观测资料，对研究区域海流随时间、深度的变化及各个分潮的特点进行研究。【拟解决的关键问题】通过准调和分析获得各分潮流的调和常数和椭圆要素，进而讨论该海区的潮流性质、潮流运动形式、M₂分潮椭圆要素以及夏季的余流分布，从中试图了解调查海域的潮流和余流特征及分布规律，以期为进一步研究南海海流提供参考。

本研究采用的实测海流数据主要来源于2017年6月实测的大潮周日海流观测数据，观测站点9个，站号为S1~S9(图 1)。大潮观测采用准同步测量，S1~S4测站调查时间为2017年6月10日09:00—2017年6月11日10:00，S5~S9测站调查时间为2017年6月08日23:00—2017年6月10日00:00，各站点的站号、分布区域见图 1。

图 1 (Fig. 1)

图 1 海流站点分布 Fig.1 Distribution map of current stations

采用引入差比数的方法，对2017年6月实测的大潮期海流资料进行准调和分析，计算出主要分潮流的调和常数、椭圆要素和观测期间的余流。

应用差比关系的方法计算M₂、S₂、O₁、K₁、M₄、MS₄等6个分潮的潮流调和常数；这些要素决定并反映了分潮流的基本特征。

潮流的性质也称潮流的类型，它主要是根据全日、半日分潮流的相对比率来划分的。根据我国《港口工程技术规范》的规定^[16]，采用$F = \frac{{{W_{{O_1}}} + {W_{{K_1}}}}}{{{W_{{M_2}}}}}$的值作为判别指标，其标准如下：

正规半日潮流：$\frac{{{W_{{O_1}}} + {W_{{K_1}}}}}{{{W_{{M_2}}}}} \le 0.5$，

不正规半日潮流：$0.5 < \frac{{{W_{{O_1}}} + {W_{{K_1}}}}}{{{W_{{M_2}}}}} \le 2.0$，

不正规全日潮流：$2.0 < \frac{{{W_{{O_1}}} + {W_{{K_1}}}}}{{{W_{{M_2}}}}} \le 4.0$，

正规全日潮流：$4.0 < \frac{{{W_{{O_1}}} + {W_{{K_1}}}}}{{{W_{{M_2}}}}}$。

式中，W_O1, W_K1, W_M2分别为O₁, K₁, M₂分潮流的椭圆长轴。

大潮期各站层的潮流性质系数F值见表 1。由表 1可看出，9个站点各层的F值为0.36~1.80，调查海区的潮流主要为不正规半日潮流。F值的最小值出现在S2站表层，最大值出现在S4站底层。其中，S4站日潮成分最大，S3站次之。

表 1(Table 1)

表 1 海流特征参数 Table 1 Characteristic parameters of current 站点 Station 层次 Layer F值 Value F M2分潮 M2Tidal constituent 最大流速 Max current (m/s) 椭圆长半轴方向 Direction of ellipse major semiaxis d(°) 椭圆旋转率 Elliptical rotation rate S1 表层Surface 0.51 0.17 110 -0.02 中层Middle 0.74 0.14 99 0.09 底层Bottom 0.59 0.12 93 0.22 S2 表层Surface 0.36 0.21 124 -0.10 中层Middle 0.55 0.19 115 0.07 底层Bottom 0.62 0.14 120 0.05 S3 表层Surface 1.13 0.19 4 -0.12 中层Middle 1.09 0.19 8 -0.19 底层Bottom 1.14 0.13 16 -0.06 S4 表层Surface 1.67 0.15 172 -0.08 中层Middle 1.72 0.14 168 0.01 底层Bottom 1.80 0.11 3 -0.02 S5 表层Surface 0.91 0.25 141 -0.06 中层Middle 0.93 0.23 142 -0.07 底层Bottom 0.90 0.23 142 -0.13 S6 表层Surface 0.97 0.23 141 -0.08 中层Middle 0.97 0.22 141 -0.01 底层Bottom 1.39 0.17 159 -0.01 S7 表层Surface 0.71 0.19 151 0.24 中层Middle 0.72 0.18 149 0.20 底层Bottom 0.44 0.18 141 0.34 S8 表层Surface 0.80 0.15 2 0.36 中层Middle 0.74 0.18 8 0.19 底层Bottom 0.46 0.19 149 0.13 S9 表层Surface 0.81 0.22 86 0.47 中层Middle 0.75 0.22 92 0.42 底层Bottom 0.83 0.14 59 0.31

表 1 海流特征参数 Table 1 Characteristic parameters of current

根据调和分析结果，计算主要分潮流的椭圆要素，其中M₂分潮潮流椭圆参数值见表 1。可以看到，S5、S6和S9站潮流较强，S2、S3、S7和S8站次之，S1和S4站较弱；除S3和S8站以外，其余各站各层分潮椭圆长半轴方向基本一致，潮波从东南向西北传播。M₂分潮流的椭圆旋转率绝对值为0.01~0.47，S7、S8和S9站的旋转流较为明显。

海流观测的统计结果显示(表 2)：各层海流流速大小相当，各层流向基本一致，近岸海流流速较小，从近岸向外海海流逐渐增强；潮波传播类型主要以前进波为主，传播方向大致为垂直于等深线的方向；其中S4站海流以往复流为主，往复流的方向为NW—SE；除S4站以外，其余各站海流均为略带旋转的往复流，往复流的方向为NW—SE，旋转流的旋转方向为顺时针，各站海流玫瑰图见图 2~4。

表 2(Table 2)

表 2 海流特征值统计 Table 2 Current eigenvalue statistics 站点 Station 层次 Layer 平均流速 Mean current (m/s) 最大流速 Max current (m/s) 最大流速时流向 Current direction with the max current (°) S1 表层Surface 0.19 0.30 150 中层Middle 0.19 0.37 100 底层Bottom 0.18 0.33 170 S2 表层Surface 0.29 0.48 118 中层Middle 0.29 0.46 115 底层Bottom 0.25 0.47 117 S3 表层Surface 0.22 0.42 12 中层Middle 0.22 0.43 13 底层Bottom 0.18 0.36 159 S4 表层Surface 0.21 0.44 359 中层Middle 0.21 0.45 352 底层Bottom 0.20 0.33 349 S5 表层Surface 0.26 0.51 337 中层Middle 0.26 0.52 346 底层Bottom 0.27 0.42 324 S6 表层Surface 0.26 0.43 323 中层Middle 0.25 0.42 329 底层Bottom 0.25 0.43 50 S7 表层Surface 0.19 0.26 299 中层Middle 0.19 0.28 349 底层Bottom 0.20 0.32 150 S8 表层Surface 0.18 0.28 24 中层Middle 0.20 0.26 25 底层Bottom 0.18 0.27 111 S9 表层Surface 0.30 0.45 76 中层Middle 0.29 0.43 78 底层Bottom 0.23 0.46 234 注：各站点潮期均为大潮 Note:The tids of all sites are spring tide

表 2 海流特征值统计 Table 2 Current eigenvalue statistics

图 2 (Fig. 2)

图 2 表层海流矢量玫瑰图 Fig.2 Surface current vector rose diagram

图 3 (Fig. 3)

图 3 中层海流矢量玫瑰图 Fig.3 Middle current vector rose diagram

图 4 (Fig. 4)

图 4 底层海流矢量玫瑰图 Fig.4 Bottom current vector rose diagram

余流分析结果表明(表 3)，南海北部海南岛东北海域表层余流大于中底层，近岸余流较弱，琼州海峡附近的站点余流最强；各站表、中、底层余流流向较一致，表层余流主要受风场的影响作用，底层余流主要受到底地形的影响。大潮观测期间余流最大值为0.13 m/s，位于海南岛东北部的S9站点，最小值为0.01 m/s，位于广州湾出口的S1站，该海域表层余流主要为偏西北向，中、底层的流向依次增大，与风海流的下层运动规律相反，受风应力传递时间滞后影响，下层风海流流向逐渐右偏即流向增大。

表 3(Table 3)

表 3 各站位余流统计 Table 3 Statistics of residual current at various stations 站点 Station 层次 Layer 余流流速 Residual current velocity (m/s) 余流流向 Residual current direction (°) S1 表层Surface 0.06 11 中层Middle 0.01 297 底层Bottom 0.02 328 S2 表层Surface 0.05 10 中层Middle 0.03 349 底层Bottom 0.05 353 S3 表层Surface 0.10 97 中层Middle 0.09 101 底层Bottom 0.09 122 S4 表层Surface 0.04 60 中层Middle 0.05 64 底层Bottom 0.08 97 S5 表层Surface 0.11 269 中层Middle 0.11 270 底层Bottom 0.09 247 S6 表层Surface 0.12 268 中层Middle 0.12 265 底层Bottom 0.04 252 S7 表层Surface 0.03 347 中层Middle 0.03 350 底层Bottom 0.02 105 S8 表层Surface 0.07 36 中层Middle 0.06 60 底层Bottom 0.04 50 S9 表层Surface 0.13 124 中层Middle 0.12 123 底层Bottom 0.07 89 注：各站点潮期均为大潮 Note:The tide of all sites are spring tide

表 3 各站位余流统计 Table 3 Statistics of residual current at various stations

通过对2017年6月在海南岛东北海域调查的9个连续周日海流观测资料进行分析研究，主要得到以下结论：

研究海域的潮流以不正规半日潮流为主；研究海域各站点潮流椭圆旋转率都较小，其中S4站海流以往复流为主，往复流的方向为NW—SE；除S4站以外，其余各站海流均为略带旋转的往复流，往复流的方向为NW—SE，旋转流的旋转方向为顺时针；海南岛东北海域潮流的垂向变化均不大，随着水深的增加，潮流的椭圆旋转率增大，最大流速略减；海南岛东北海域表层余流大于中底层，近岸余流较弱，琼州海峡附近的站点余流最强；各站表、中、底层余流流向较一致，表层余流主要受风场的影响作用，底层余流主要受到底地形的影响。