沿海声层析(Coastal Acoustic Tomography,简称CAT)技术相比传统的测流方法,它仅在观测区域外围布置较少的站位即可对近岸快速变化的潮流实现大面积、长时间的同步观测。CAT适用于海湾、海峡和港口等航运繁忙、渔业活动频繁的近岸半封闭海区。CAT观测在站位选取、流场反演等方面仍有许多需要研究和改进的地方。本论文基于逆方法和数据同化方法对CAT的数据进行流场反演,并选取了三个典型的近岸海区(三门湾、舟山和琼州海峡)对潮流结构、余流动力机制等近海潮流动力学问题进行了讨论。论文用集合卡曼滤波方法将CAT数据同化到三角网格的海洋模式中。首先,我们建立了高空间分辨率三角网格,用于拟合近岸复杂的岸线边界;其次,我们通过声线与不规则网格的位置关系建立了传播时间差与模式状态向量在水平方向上的投影关系;最后,我们利用垂向平均的传播时间差数据进行数据同化,得到三维的流场结构。论文利用三门湾CAT观测数据,实现了三角网格的CAT数据同化。数据同化方法得到了 CAT观测区域内部杨礁附近的精细流场结构。数据同化方法得到的流场与三个定点ADCP的平均均方根误差为0.07 m s-1,优于逆方法(0.12 ms-1)和模式模拟(0.17 m s-1)的结果。数据同化方法得到了逆方法无法获得的流速垂向结构,与ADCP在垂向各层的均方根误差范围为0.02 m s-1至0.14 ms-1,同样优于模式模拟的结果(0.08 m s-1至0.27 m s-1)。这些结果表明数据同化方法得到的流场精度最高。进一步的敏感实验结果则表明,数据同化方法在声线数据缺失的情况下比逆方法更为稳定,精度更高。由此可见,相比于逆方法和模式模拟,基于非结构三角网格的CAT数据同化方法在近岸流场反演具有更好的效果。在对近岸非线性潮的研究中,我们利用连续27小时的15分钟滑动平均的舟山峙头洋湾的CAT数据,用逆方法反演得到了观测区域的主要的半日潮(M2)以及由M2产生的非线性潮M4和M6的潮流的水平结构。三者的空间平均的流速振幅比为M2:M4:M6=1.00:0.15:0.11。我们将M2的潮流代入到浅水方程的平流项和底摩擦项,通过理论推导计算得到了理论上M4和M6的潮流。对比观测和理论推导的结果,在水深大于60 m的深水区域,M4与平流项产生的潮流非常接近,表明峙头洋湾深水区域的M4主要由平流项作用产生。而对M6的研究则表明,M6在水深小于20 m的区域主要由底摩擦项的作用产生。我们还讨论了 M4和M6对峙头洋湾的潮流不对称性变形的影响,发现M4在观测区域对潮流的不对称性变形的影响大于M6。我们还利用一个M2周期内的动量方程对峙头洋湾的余流动力机制进行了讨论。结果表明,余水位的压力梯度项和余流的平流项占了潮流的平流项的75%,所以峙头洋湾的余流是由潮流的非线性作用所产生的。在琼州海峡为期15天的CAT观测实验中,我们利用CAT同步观测数据得到了潮流和余流的水平分布,并计算了通过琼州海峡的流量。结果显示,琼州海峡以全日潮为主,O1、K1、M2、S2和MSF五个分潮的流速振幅比为1.00:0.60:0.47:0.21:0.11。余流在海峡北部为西向,在海峡南部转为南向。余流流速在海峡北部区域较大,最大余流流速为西向12.4 cm/s。利用CAT数据估计的流量变化范围为-0.71 Sv到0.86 Sv,余流流量为-0.04 Sv(西向为负)。另外,对观测区域的动量分析结果显示,潮汐调整和海峡两端入口处的水位差对维持西向余流起重要作用。本文利用CAT的观测数据,得到了近岸主要的全日潮(O1和K1)、半日潮(M2和S2)、非线性潮(M4和M6)和余流的空间结构,并讨论了余流和非线性潮的动力机制。由此可见,CAT在近岸潮流的观测上具有独特的优势,可对潮流动力学研究发挥重要作用。