夏季长江冲淡水转向机制分析

利用 1 95 9,1 975 - 1 982年及 1 998年夏季各月黄、东海盐度分布和相应风场资料 ,分析讨论了长江冲淡水夏季的扩展路径。指出 :除海底坡降外 ,由 S向的苏北沿岸流和 N,NE向的浙东沿岸流及台湾暖流构成的“力偶”,是使冲淡水向左扭转的重要外力之一。用近岸均质模型和远岸双层模型的涡度方程定性讨论了冲淡水的转向机制     

珠江冲淡水季节变化及动力成因

依据珠江口及其附近海域2006-2007年4个航次的CTD资料,分析珠江冲淡水的扩展形态和垂向结构,结果表明:表层冲淡水仅在夏季同时向粤西和粤东扩展,其余季节以西向扩展为主,而底层冲淡水全年向西扩展;冲淡水的主体部分大致位于10 m水深之上,但最大厚度在秋季可以超过20 m水深。通过结合同期风、海流、潮汐资料分析发现径流和风是控制冲淡水扩展范围和垂向结构的关键因子,夏季珠江冲淡水的范围最广,其次是春季,冬季最窄;夏季西南季风有利于其向东及向外海扩展,东北季风驱使珠江冲淡水向西扩展并制约冲淡水向外海扩散;粤西的水位梯度全年都驱动沿岸流向西流,而粤东的水位梯度仅在夏季有利于珠江冲淡水东向扩散,相应的粤东沿岸流在夏季指向东北,其余季节均指向西南。     

夏季长江冲淡水转向机制的数值试验

利用普林斯顿海洋环流模式(POM)，通过一系列的理想试验，探讨了夏季长江冲淡水的扩展机制。结果表明：(1)倾斜底形是夏季长江冲淡水向东北偏转的一个必要条件；夏季冲淡水向东北偏转是南风、斜压效应和底形的共同作用的结果，其中风应力和底形的相互作用占主导地位；单纯的底形东倾不能使冲淡水向北偏转。平底时，南风和淡水浮力强迫都不能使冲淡水向北偏转。(2)无风时，人海淡水可以在河口附近强迫出一个反气旋涡旋和贴岸南下的狭窄的沿岸流，反气旋涡旋与淡水浮力强迫(斜压效应)有关，南下沿岸流则与质量输入有关；平底时，反气旋涡旋位于河口正东，倾斜底形时，反气旋涡旋向北拉伸，冲淡水的一部分沿岸向北扩展；人海淡水在河口附近强迫出一个闭合的垂直环流圈：上层为离岸流，淡水向外海扩展，约在离岸30—45km处有下降流；低层有高盐水沿海底流向河口，约在离河口。lOkm处与向海的径流相遇，引起上升流。     

琼州海峡东部水进入北部湾对广西沿海环流的影响

本文通过对琼州海峡东部水域温盐资料和沿岸海洋站同步观测资料的对比发现：夏季，广西涠洲岛盐度变化规律和琼州海峡东部、中部变化规律一致，广西北海略受影响，而远离琼州海峡的龙门和白龙尾两站，则更多反映夏季陆地水文规律。同时，采用琼州海峡多年海流资料和涠洲岛定点站及近期测流站的海流观测资料对比看出，琼州海峡冬夏季余流方向仍然是自东向西。结合数值模拟计算结果，同样得出琼州海峡东部水自东向西进入北部湾的事实。这些温盐分布特征和余流观测结果进一步证实：粤西沿岸流是琼州海峡水向西输运的主要来源，形成粤西沿岸流这种现象的根源在于珠江冲淡水的西向流，它们通过琼州海峡进入北部湾，加强了北部湾北部气旋式环流的形成。夏季，在强的西南风作用下，产生较强北部湾西岸北向沿岸流，促使低盐冲淡水向外海输运，然后在东部涠洲岛附近形成更大范围内气旋式环流。琼州海峡东部水进入北部湾对广西沿海环流影响的研究，直接向琼州海峡冬夏季水体输运方向的传统结论提出了新的挑战。     

海底地形和沿岸流对长江冲淡水分布的影响

利用笔者建立的描述河口陆架水相互作用的层化模型作进一步分析可以证实,河口偏转临界值随泄流量的增加而减小,因而作为背景场的苏北沿岸流虽然不能在冬季改变长江冲淡水固有的右偏趋势,却有可能在夏季诱导冲淡水左偏,进而由于长江口右侧海盆地形感应闭合的逆时针环流,它迫使冬季右偏的冲淡水更靠近岸边,诱导夏季左偏的冲淡水流线畸变,有平行于海水等深线的趋势,这一结论与观测结果基本一致.     

闽江冲淡水扩展范围的季节变化特征

利用2006～2007年春、夏、冬季3个航次的CTD资料分析闽江冲淡水扩展范围季节变化特征.通过分析闽江口及邻近海域温度、盐度的平面、垂直分布特征,结果表明:闽江冲淡水的扩展范围具有明显的季节变化.春季由于闽江口附近受到闽浙沿岸流的影响,冲淡水的扩展范围难以确定,但从盐度分布情况不难看到闽江口表层被盐度低于25的具有明显冲淡水特征的水体覆盖.夏季闽江口被温度高于27℃、盐度低于25的冲淡水覆盖,冲淡水前沿向东北扩展至罗源湾、三沙湾.冬季闽江径流减弱,闽江口主要受到闽浙沿岸水的影响,基本看不到闽江冲淡水的痕迹.春季、夏季闽江冲淡水明显的影响闽江口时,闽江口附近海域被25盐度等值线包围,25盐度等值线可作为闽江口明显受冲淡水影响的指征.     

2016年春季季风转换期的珠江冲淡水分布与生态特征分析*

基于2016年4—6月珠江口航次的现场调查资料及卫星数据, 对春季季风转换期的风场分布特征, 冲淡水路径的时空变化情况以及相应的生态响应进行了分析。结果显示珠江口及其临近海域在4—5月表现为过渡性风场, 受冬季风和夏季风的共同作用, 且风向多变。至6月, 冬季风消失, 西南季风控制了整个研究海域, 与此同时珠江径流量逐月增大, 冲淡水的分布特征也随着风场及径流变化发生转变。具体表现为4—5月份冲淡水向粤西沿岸方向扩展, 且在5月流幅更宽, 可达离岸70km处。6月冲淡水向东西两个方向扩展, 向西的冲淡水在河口外受到夏季风场以及背景流场的抑制, 形成以盐度和浊度为特征的锋面; 向东的冲淡水离岸扩展, 在粤东外海形成大面积的羽状流。此外, 珠江口叶绿素和溶解氧的分布主要受冲淡水的影响, 其分布形态与冲淡水路径相似。垂向上, 可观测到珠江口低氧的形成过程, 海水层化, 稳定水柱的形成以及生物分解过程共同导致了珠江口底部的溶解氧较低。浊度的分布主要受径流携带的悬沙影响, 与盐度有很强的负相关性。     

长江口及其邻近海区环流和温、盐结构动力学研究Ⅱ.环流的基本特征

利用POM模型，以研究海区的海面风应力、温度和盐度资料作为海面边界条件，以与外海界面处的温度和盐度资料作为侧向液边界条件，并考虑长江径流、台湾暖流和东海沿岸流的影响，对长江口及其邻近海区各季节的三维斜压环流和温、盐结构进行了数值模拟。环流的数值结果表明，冬季和秋季研究海区的水平环流主要由长江径流、东海沿岸流、台湾暖流、杭州湾环流和沿岸流与台湾暖流之间的气旋和反气旋涡构成；东海沿岸流与长江径流顺岸南下，随着自北往南岸界地形坡度的增大，其流幅变窄，流速增强；台湾暖流沿陡坡及其外缘蜿蜒北上，随着自南往北水深的变浅，其流幅由宽变窄继而又由窄变宽，流速却一直由强变弱。冬季和秋季海区纬度断面垂直环流的总趋势由近岸向外海流动，海底地形变化缓慢区离岸流产生波动，海底地形变化显著的陡坡区离岸流产生剧烈振荡而生成强升降流。春季和夏季研究海区的水平环流主要由长江径流与东海沿岸流汇合流、台湾暖流、杭州湾环流、舟山群岛附近及长江径流和东海沿岸流汇合流与台湾暖流之间的气旋和反气旋涡构成；长江径流和台湾暖流平行北上并在长江口以北产生顺时针偏转。由海区水平环流特征和变化趋势证实，春季长江冲淡水已开始向东北偏转，夏季冲淡水的偏转程度、伸展距离和扩展范围都更甚于春季；春季在长江口近岸存在弱上升流，夏季长江口外的陡坡区出现下降流，而长江口以北和以南的陡坡区出现上升流。     

2006年夏季珠江冲淡水驱动的上升流

根据珠江口及其附近海域2006年夏季（7-8月）航次水文调查资料，发现调查期间，除了西南季风驱动下的冲淡水东向扩散外，粤西珠江口外冲淡水主要呈西向扩散趋势，并且西向扩散的冲淡水下存在上升流。已有的模型研究中，西南季风下珠江口外没有出现上升流，说明西南季风不是珠江口外上升流产生的主导因素。观测的温盐分布、潜标流速时间序列与走航ADCP流态表明，上升流产生的原因是:（1）口门外冲淡水南向扩展驱动了垂向重力环流；（2）密度跃层以下东北向沿岸流的底边界层Ekman效应；（3）口门外冲淡水团之间的气旋型中尺度涡旋作用。     

夏季风场对长江冲淡水扩展影响的数值模拟

建立一个σ坐标系下三维非线性斜压陆架模式，研究长江冲淡扩展的动力机制。数值试验再现了夏季长江冲淡水转向东北的现象，夏季风场对长江冲淡水扩展的影响，取决于风速的大小和动向，风速为３ｍ／ｓ的南风，对冲淡水向北扩展的影响比较明显，而当南风风速达到６ｍ／ｓ时，则起着十分显著的作用，西南风加强了冲淡水向东扩展，但对南北向的扩展影响甚微，东南风抑了冲淡水向东扩散，并使之偏向西北，明确阐明了夏季风场对冲淡水扩展     

基于FVCOM的夏季珠江冲淡水年际变化特征

珠江冲淡水对南海北部的物理、化学以及生物特性具有十分重要的意义。本文以1993至2012年连续20年的FVCOM(The Finite Volume Community Ocean Model)模型后报模拟数据为基础,将海表盐度32等值线与岸线所围面积定义为珠江冲淡水的扩展范围,对珠江冲淡水在夏季（6月、7月和8月）的年际变化特征进行研究,并分析了南海季风和珠江径流量等因素对珠江冲淡水的影响。在西南风和较大的珠江径流量的作用下,夏季是珠江冲淡水同时向粤西和粤东两侧扩展的唯一季节,冲淡水扩展范围最大,且夏季珠江冲淡水的扩展形态和扩展面积具有明显的年际变化特征,1994年的东风异常极大增强了冲淡水的西向扩展。通过对2008年台风“风神”的分析,发现热带气旋引起的表层对流和垂向混合对珠江冲淡水具有明显的作用,但是由于其持续时间较短,对年际变化的影响并不显著。1998年夏季的强厄尔尼诺事件导致6月、7月和8月均出现了西南风异常,强西南风阻碍了冲淡水的西向扩展,促进了区域的上升流和表层流。     

粤西阳江海域春夏季沿岸激流现象及机理分析

通过分析2018–2019年粤西阳江沿岸流海域多站点周年观测水文气象实测资料,发现2019年春季和夏季阳江沿岸流海域存在激流现象。研究结果表明:（1）2019年5月5日凌晨6时,观测站点2 m水深处流速达到164.7 cm/s,9 m水深处流速达到127.6 cm/s。2019年8月1日凌晨4时至5时,阳江沙扒海域2 m水深处流速达到161.8 cm/s,9 m水深处流速达到156.6 cm/s。（2）粤西沿岸流阳江20～30 m水深海域春夏季突发性强流具有典型的激流特征。激流在涨急时刻发生在海洋表层,持续2～4 h。（3）在西南风与东北风转换期间,粤西沿岸海域容易形成海水幅聚带,近岸海域海平面上升,外海海域海平面下降,强劲的自岸向外水平压强梯度力导致近岸海水加强向西运动,从而产生激流。     

东中国海拉格朗日环流数值模拟Ⅱ.环流模拟

依据自适应数值模型，模拟了东中国海冬、夏季三维斜压Lagrange环流。模拟发现：台湾暖流的上层水来自台湾海峡入流和台湾东北黑潮的表层水；50m以下的深底层水主要由台湾东北黑潮的次表层水入侵陆架生成。冬季对马暖流外海一侧主要由黑潮水构成，而其近陆一侧由台湾暖流和陆架混合水构成，西朝鲜沿岸流在济州海峡汇入对马暖流；夏季它还包含转向后的长江冲淡水。冬季黄海暖流并非对马暖流的直接分支，黄海暖流水是对马暖流水和陆架水混合而成，这与传统观点相悖，而与中韩黄海水循环动力学合作调查结果一致。黄海暖流东西两侧分别为2支向南流动的滑岸流。夏季黄海环流构成基本封闭的逆时针环流。冬季渤海环流主要有一逆时针大环流，但辽东湾的环流是顺时针向的。渤海环流冬强夏弱，水流在渤海海峡北进南出。     

夏季长江冲淡水扩展的数值模拟

建立一个σ坐标系下三维非线性斜压陆架模式,研究夏季径流量、台湾暖流、黄海冷水团、风场对长江冲淡水扩展的影响。数值试验基本再现了夏季长江冲淡水低盐水舌伸向东北的现象和渤、黄、东海的环流结构。长江径流量只影响近口门附近冲淡木朝东南方向扩展势力和整个冲淡水扩展范围的大小。台湾暖流深受底形的影响,流动路径稳定,且不受自身强度的影响,又主流远离长江口,对长江冲淡水扩展的影响不大。黄海冷水团产生的余流在长江口海区阻碍着冲淡水沿岸向南扩展,在远离长江口海区诱导冲淡水向东南运动。总的黄海冷水团的作用是使长江冲淡水低盐水舌伸向东北。黄海冷水团越强,这种作用就越明显。夏季风场在冲淡水转向东北的过程中作用显着。     

长江冲淡水输运和扩散途径的分析

本文在总结前人成果的基础上，进一步分析了长江冲淡水输运和扩散的途径。文章指出，长江冲淡水输运和扩散的途径有两种：顺岸南下型在冬、夏季都存在，它主要以杭州湾的次级锋面流和沿岸锋密度流为代表；转向型从５～６月开始，台湾暖流低密水和东海高密水之间的密度锋是长江冲淡水向外海扩散的通道     

东海沿岸海区垂直环流及其温盐结构动力过程研究I．环流的基本特征

利用三维斜压流体动力学模型 ,通过对东海沿岸海区冬、夏季的斜压环流及其温盐结构的数值研究 ,揭示研究海区垂直环流及其温盐结构的动力过程及其成因。垂直环流的模拟结果表明 :冬季 ,沿岸海区的垂直环流以逆时针流动 ,近表层为向岸流 ,沿岸为下降流 ,近表层以下为离岸流 ,其在外海有明显的上升趋势 ,沿岸下降流自表层至底层逐渐由强变弱 ;夏季 ,沿岸海区的垂直环流以顺时针流动 ,近表层以下为向岸流 ,沿岸为上升流 ,近表层为离岸流 ,其在外海有明显的下降趋势 ,沿岸上升流自底层至表层逐渐由弱变强。就整个沿岸海区而论 ,冬季沿岸下降流和夏季沿岸上升流的强度都随着岸界地形坡度、风速及风向与岸线偏角的变化而变化。沿岸下降流形成的主要原因是由于冬季东北风与岸界地形的耦合效应及海区温盐分布不均匀所致 ,而沿岸上升流形成的主要原因则是由于夏季西南风与岸界地形的耦合效应及海区温盐分布不均匀所致。     

东海沿岸海区垂直环流及其温盐结构动力过程研究Ⅰ.环流的基本特征

利用三维斜压流体动力学模型,通过对东海沿岸海区冬、夏季的斜压环流及其温盐结构的数值研究,揭示研究海区垂直环流及其温盐结构的动力过程及其成因。垂直环流的模拟结果表明：冬季,沿岸海区的垂直环流以逆时针流动,近表层为向岸流,沿岸为下降流,近表层以下为离岸流,其在外海有明显的上升趋势,沿岸下降流自表层至底层逐渐由强变弱;夏季,沿岸海区的垂直环流以顺时针流动,近表层以下为向岸流,沿岸为上升流,近表层为离岸流,其在外海有明显的下降趋势,沿岸上升流自底层至表层逐渐由弱变强。就整个沿岸海区而论,冬季沿岸下降流和夏季沿岸上升流的强度都随着岸界地形坡度、风速及风向与岸线偏角的变化而变化。沿岸下降流形成的主要原因是由于冬季东北风与岸界地形的耦合效应及海区温盐分布不均匀所致,而沿岸上升流形成的主要原因则是由于夏季西南风与岸界地形的耦合效应及海区温盐分布不均匀所致。     

台风影响下长江口羽流的响应与淡水输运机制

河口区域冲淡水锋面及物质输运会对台风产生快速而复杂的响应,并产生显著的生态效应及沉积过程,且不同类型的台风会对水动力及物质输运产生不同影响。本文以长江河口为研究区域,利用盐度锋面附近的浮标站点观测数据,发现在登陆型超强台风“利奇马”的影响下,旋转流特征消失,站点全水深出现持续近两天的北向流;而在转向型强台风“巴威”的影响下,出现持续约三天的全水深南向流。应用覆盖长江口及邻近海域的有限体积海洋模型（FVCOM）对两次台风过程进行模拟,实验对比台风过境前后流场、盐度场并且计算淡水通量,发现台风过境时通过破坏夏季典型的向海扩张的表层平流型羽流结构,从而促进盐度垂向混合,导致大量淡水堆积在靠岸一侧,加强了沿岸的淡水输运,进而形成底部捕获型羽流。对于登陆型台风“利奇马”的影响,淡水输运主要沿苏北海岸向北,而在转向型台风“巴威”偏北风的影响下,淡水则显著沿岸向浙闽海域流动。这两种台风过后,表层淡水开始向海扩展,垂向盐度分层再一次呈现,在2～3天内完全恢复为表层平流型羽流结构。     

沙坝海岸沿岸流速度剖面特征研究

通过对两个坡度沙坝地形沿岸流实验测量和基于能量方程的沿岸流数值模拟,研究了沙坝海岸平均沿岸流速度剖面的双峰剖面特征,重点分析了第二个峰值的特征和两峰值的比值。综合考虑入射波高、入射波类型和坡度对波生沿岸流垂直岸线速度剖面的影响。结果表明,平均沿岸流速度剖面出现双峰剖面特征:第一峰值发生在沙坝向岸侧面的中部,第二个峰值发生在靠近岸线处;同一坡度情况两个峰值的位置和比值,不受入射波类型、入射波高的影响。数值模型中包括了侧混、底摩擦和水滚等因素,其数值模拟结果和实验值拟合较好,并讨论了有无侧混和水滚对速度剖面的影响。     

苏北沿岸水的去向与淡水来源估算

本文基于2006—2007年春、夏、秋、冬季CTD观测的盐度资料分析了苏北沿岸水盐度的季节变化特征,并利用冬、夏季盐度场变化估算了苏北沿岸水的淡水来源。结果表明:冬季苏北沿岸水在东北季风的驱动下顺岸南下,在离开苏北浅滩后转向东南进入东海;夏季低盐的苏北沿岸水分多支向北、向东流出沿岸区,后者汇入南黄海夏季冷水团环流中。估算结果表明苏北沿岸水的淡水来源主要是苏北沿岸的入海径流水,约占总量的65%,次之是降水/蒸发量通量和长江冲淡水沿江苏沿岸的北向扩展。