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     

夏季长江冲淡水年际变化的数值研究

基于区域海洋模式ROMS,本文对东中国海的水动力环境进行了长期(2004-2015年)模拟,分析了长江冲淡水扩展形态的年际变化特征和规律。研究发现,夏季长江冲淡水主要有三种扩展形态:东北方向、东南方向和东南-东北双向扩展,三种形态所占比例分别为37%,46%和17%。长江冲淡水的扩展面积具有显著的年际变化,近河口冲淡水(海表面盐度<28)的扩展面积主要受径流量控制,在外海(28<海表面盐度<31)则主要受南风和西南风的影响。就淡水通量而言,向东北方向最多,向东南方向次之,二者7、8月份所占比例分别为40%、60%和33%、32%。夏季长江冲淡水向东北方向的扩展主要受东风或较强东南风的影响。年际尺度上,向东北方向的淡水输运与东南方向风分量具有很好的相关性,主要受东南风驱动的Ekman输运的影响。     

长江冲淡水与邻近海域生态环境的关系

基于实测资料和已有的理论结果,我们首先讨论了不同季节长江淡水的路径,还涉及了长江冲淡水对生态环境,特别对生物赖以生存的有机盐分布的影响。     

2006-2007年长江冲淡水的扩展形态及季节变化

利用2006—2007年观测的高密集度CTD测站和海床基ADCP连续测流站资料,分析了长江冲淡水的扩展形态和垂向结构。结果表明,各季节观测时段内:春季、秋季和冬季的表层长江冲淡水扩展基本被限制在长江口、杭州湾及舟山水域附近。夏季长江冲淡水的扩展由内向外可分为3个阶段:射形流阶段,长江径流直接向东南冲入海;水舌形态扩展阶段,冲淡水以1个水舌的完整形态指向东北,其运动受台湾暖流和南黄海海盆气旋式环流等背景流场的影响明显;扩散阶段,冲淡水先以较大团块运动,后以不断变小的水块随着背景流场运动,其中一支向东北移动进入南黄海,另一支转向东偏南,绕东海东北部冷涡运动。     

1999年与2006年间夏季长江冲淡水变化动力因素的初步分析

根据径流量,1999年和2006年夏季的长江分别处于显著洪季和旱季.此期间的月平均风向也有显著区别.根据同期的海洋现场观测:相对1999年8月,2006年同期的长江口以东、以南毗邻水域表层盐度显著较高,而在长江口东北部海域则相对偏低;长江口附近海域的底层盐度有所偏高,但在浙江中南部沿海底层盐度则相对偏低.利用Regional Ocean Modelling Systems数值模式,对1999年和2006年实际的径流量、风场和黑潮及其分支变化等3个因素对长江冲淡水扩展的影响进行了一系列模拟试验和对比.对比试验表明:相对1999年8月,2006年夏季长江流量大幅度减小是长江口毗邻海域表层盐度升高的主要原因;风场是导致长江冲淡水相对偏北,并使长江口北部出现表层盐度负异常的主要因素;黑潮及其分支在东海北部入侵相对增强、在东海南部入侵相对减弱,使长江口南部表层盐度正异常海域扩大,并促使长江淡水向江口北部扩散增强、而向东部扩散减弱.长江口毗邻海域环流和水团的变化可能对夏季低氧区位置变化产生一定影响.     

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     

长江冲淡水锋面变动及其与径流量的关系

海洋锋面是指不同性质的水团之间的交界面，由于水团之间的混合作用，一般是指不同水团之间的混合区。水团之间的混合是通过锋面进行的，浅海海洋锋区还往往出现上升流。观测表明，两种不同性质的水团或水体的交界面处，生物初级生产力较高，常是鱼群聚集的区域，渔获量较高。因此，海洋锋的研究有很高的理论和实践意义。在我国近海，大陆径流入海所形成的海洋锋，是黄海、东海陆架海区的重要锋面类别之一，本文利用“三峡工程对长江河口区生态与环境的影响和对策”专题调查资料(1985年8月-1986年10月)和国家海洋局断面调查资料(1975-1981年)，对长江冲淡水锋面的分布和变动特征作一初步分析。 长江口地处黄海和东海的交接处，南有台湾暖流及其延续体北上，并能越过长江口到达32°N以北海区(赵保仁，1982；苏育嵩，1986)，北有黄海沿岸流和苏北沿岸流南下，东邻面积宽广的黄海、东海混合水区(苏育嵩等，1983)。 洪水期丰沛的长江径流入海之后，在122°10''E以东海区显著层化，然后在长江冲淡水和外海高盐水之间形成明显的锋面。长江口区的温度平面分布比较均匀，而盐度的差异很大。本文所讨论的锋面，是指因盐度水平分布显著差异而形成的盐度锋。 在长江口附近海区，外海高盐水分属不同的流系，它们的盐度值和水平流速值各不相同，因此，与长江冲淡水之间形成的锋面强度和宽度也各不相同。一般地说，暖流系统盐度比较高，流速较大，因而与长江冲淡水之间形成的锋面较强，锋区宽度也较狭窄；相反，黄海沿岸流系的盐度较低，水平流速较小，从而与冲谈水之间形成的锋面相对较弱，且锋区宽度较大。 依照定义，锋区应是水文要素水平梯度最大的区域。据日本学者(Kanau et al.，1983)的观测，长江口区的锋区宽度只有1-5km左右。有的区域锋区宽度可能不足1km。与三峡工程有关的海上环境调查，在123°E以西海域，观测站距为10-15n mile; 国家海洋局断面观测站距一般为30''经距。基于这些资料确定出的锋区宽度就较大，强度则显著变弱。因此，为了弄清长江口海洋锋的水文结构和变化特征，需要针对海洋锋这种小尺度现象布设高密度观测站，或者用巡航式CTD进行专门调查。然而实际工作中仍然需要根据常规的海洋调查资料来确定锋面的大体位置，了解其水文结构和变化规律。     

长江冲淡水扩展区域孤立水团分析

本文利用2017年5月长江口外海域的实测资料,研究了孤立低盐水团的三维结构以及输运过程,并进一步统计了孤立水团发生的历史事件。低盐水团的水文参数在未脱离前于上层呈现同心圆等值区分布。研究发现,大潮引起的强上升流对低盐水团的脱离起到决定性的作用。孤立低盐水团的生消周期为7—10d,其脱离和输运受长江径流、风场等的影响,偏北风和偏南风对水团输运分别起到抑制和促进作用。低盐水团的脱离及输运过程极大加强了冲淡水跨锋面的营养盐和陆源有机物的输运。这些发现进一步丰富了对长江冲淡水输运过程的研究。     

夏季长江冲淡水转向机制分析

利用1959，1975－1982年及1998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向的渐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。     

长江冲淡水的扩展及其营养盐的输运

本文根据长江口及其邻近海域硝酸盐和硅酸盐的平面分布特征,研究得出,除冬季外,长江冲淡水中的营养盐同时向两个方向输送,一、向北或东北输入南黄海西南部;二、向南或东南输入东海。据此提出“长江冲淡水双向扩展”的观点,即长江冲淡水先顺河口走向朝东南方向流动,到达口门处分成两部分（冬季除外）,一部分穿过杭州湾口及舟山群岛一带沿岸南下,或自长江口向东南方向扩展;另一部分则左转向北或东北,进入南黄海西南部。南、北两股冲淡水的水量大小及其比例,因不同季节而异。     

春季长江口外上升流的月际变化——以123°E断面为例

上升流是长江口外海域的重要水文现象,为深入了解该海域上升流的活动特征及其月际变化,于2015年春季(4月、5月和6月)对长江口外海域的水文环境进行逐月综合调查,并以123°E断面为例进行分析。结果显示,在春季调查期间,长江口外海域始终存在上升流现象,是由台湾暖流挟带底层高盐海水自南向北不断推进,并在长江口外海域沿海底斜坡涌升而形成。上升流强度在春季逐月增大,表现为:上升流涌升高度逐月变浅,至6月高盐上升流水体的涌升高度已普遍抬升到约15 m以浅水层,最高达到约10 m水深处;其影响范围不断向北扩展。春季,上升流活动区上层海水的温、盐特征逐渐由相对低温、高盐转变为高温、低盐;位于下层的上升流水体的温、盐特征比较稳定,变化幅度较小;上升流活动区的温、盐跃层现象总体呈现出逐月增强的趋势,盐度跃层现象尤为显著,其水平分布呈现出自南向北逐月扩大的变化趋势;跃层深度不断抬升。调查结果的月际变化特征表明,台湾暖流北进强度的逐月增大是导致春季长江口外上升流活动不断增强的主要因素;随着春季低盐长江冲淡水的强度和范围逐月增大,其与下层上升流挟带的高盐涌升水之间的跃层效应逐渐增强,对下层上升流的涌升有抑制作用;春季苏北沿岸流活动对该海域上升流现象的影响不显著。     

A preliminary study of variations of the Changjiang Diluted Water between August of 1999 and 2006

A large area hypoxia has been already reported respectively by two interdisciplinary surveys off the Changjiang Estuary since summer of 1999 and 2006. The hypoxic zone shows distinct year-to-year variations. Observed oceanographic data are first analysized and reveal a big difference for the Changjiang Diluted Water (CDW) between these two periods. These great changes are related to the tremendous reduction of the freshwater discharge and variations of wind fields between these two years. It is also found that the monthly mean intrusion of Kuroshio and its branches has increased in the northern East China Sea (ECS), but decreased in the southern ECS in August of 2006 as compared with 1999 on the base of general circulation models. Then, the Regional Ocean Modelling Systems is applied to the East China Sea to evaluate the contributions and relative importance of impacts from the river discharge, wind forcing and open boundary data. Our simulations reproduce the phenomena that more fresh water extends northeastward in 2006 and forms a negative SSS anomaly to the northeast of the river mouth as compared with 1999, which is consistent with observations. The five group numerical tests suggest that the wind forcing dominates the CDW variations followed by the Kuroshio and its branches. The study implies important roles played by hydrodynamic processes on the variability of hypoxic zone in the study areas.     

春、夏季长江口邻近海域COD分布特征、影响因素及对富营养化的贡献

根据2009年春季(5月)和夏季(8月)对长江口海域的调查监测资料,研究了海水中COD的时空分布特征,并对其污染水平进行了评价,同时分析了COD对海域富营养化的贡献,探讨了化学耗氧有机物的主要来源及与环境因子的关系。结果表明,长江口海域春夏季表层、春夏季底层之间COD均存在显著的差异,春季表层与底层、夏季表层与底层之间COD则无显著差异,春季表、底层COD的平均浓度、最高浓度均小于夏季,平面分布呈由近岸向远海逐渐递减的趋势;夏季研究海域COD污染高于春季;COD对富营养化的贡献范围为39.69%~63.58%,平均贡献为(46.53±4.49)%,贡献随着富营养化指数的增加而减小;陆地径流输入以及陆源排放是COD的主要来源;COD与环境因子均存在一定的相关关系;COD时空分布主要受制于长江冲淡水,对富营养化的贡献主要受营养盐影响,与海底沉积物再悬浮也有一定的联系。     

长江口邻近海域夏、冬季水文特征分析

长江冲淡水和台湾流是我国陆架海上两个重要的海洋现象。二者在长江口邻近海域交汇并相互制约，其分布和变化控制着该地区的温盐、环流结构，也影响着长江径流所携带的泥沙、营养盐等物质向外海的扩散和输运，以及舟山渔场的形成和变化。 长江每年以巨量径流注入东海，在长江口外形成一股很强的冲淡水，以低盐、高营养盐、高悬浮体含量为特征。毛汉礼等(1963)首先对长江冲淡水的扩散与混合特征作了系统的描述，并指出，冬季长江冲淡水沿岸南下，其范围仅限于贴岸的一狭带内；夏则在径流入海后不久转向东北，直指济州岛方向，到达对马海峡。众多学者通过资料分析、理论研究和数值模拟等探讨了长江冲淡水转向的原因，认为主要影响因素有长江径流量、地形效应、海面风应力、斜压效应、台湾曖流的顶托，以及黄海冷水团的诱导作用等(乐肯堂，1984；崔茂常，1984；顾玉荷，1985；王从敏，1986；赵保仁，1991；朱建荣，1998)，但至今对其转向机制的认识尚不一致。 台湾暖流水起源于台湾海峡和黑潮，是具有高盐、低悬浮体含量特征的大洋水体。翁学传等(1983，1984)研究认为，具有高温和次高盐特征的台湾暖流表层水同时起源于台湾海峡水和黑潮表层水，而具有高盐特征的深层水只来源于由台湾东北部入侵陆架的黑潮次表层水；翁学传(1983)还根据历史资料分析指出，夏季台湾暖流表层水的前锋大体沿着123°E可以伸展到31°N，深层水进一步延伸至31°N以北；且深层水在28°N和30°N断面并不终年存在，仅存于夏半年。王凡等(2001)的分析结果则显示，台湾暖流表层水和深层水在夏季可以在次表层北侵至30°N以北海域，而以深层水特点为主的台湾暖流水在冬季和晚秋甚至可在整个深度上伸展至30°N以北。总之，对台湾暖流水在不同季节、不同层次的北侵程度方面还存在着不同看法。 为深入研究长江口邻近海域的物质通量、扩散、传输和输运规律，中国科学院知识创新工程重要方向项目“中国主要河口及邻近陆架海域陆海相互作用”于2001年7-8月和2002年1月在长江口外28°~32°N、124°E以西海域组织了两次多学科综合考察。作者首先根据这两次考察获得的温盐深观测仪(CTD)观测到的温盐资料和声学多普勒流速剖面仪(ADP、ADCP)流速资料,分析该年夏、冬季长江口邻近海域的水文特征。考虑到调查海域有较强的年际变动，从年际变化的角度来更深刻地认识夏、冬季长江口邻近海域的水文特征，以及长江冲淡水与台湾暖流水的关系是很有必要的。为此，作者收集了1987~2001年其他项目3个夏季航次和2个冬季航次的温盐资料，以及1958~1982年标准断面历史资料，与最近2次观测资料相结合，综合分析研究了长江口邻近海域夏、冬季水文特征和变化情况，为今后更进一步开展此项研究提供了科学依据。     

2004年春季长江河口水体与沉积物表层的叶绿素a浓度分布

2004年5月7日至12日在31°~31.8°N、122.5°E以西到海水上溯至0盐度的长江河口进行14个站位叶绿素a浓度的现场观测,其中N1~N3、M1~M3、S1~S3和R6这10个观测站用3条渔船在4天内进行潮周期的涨憩、落急、落憩、涨急、涨憩5个潮时的准同步周日采样观测;对S2、S3、R2、R3、M3、N2和N3这7个位于长江入海口门站位进行表层泥样的叶绿素a浓度观测。结果表明,观测海区表层海水叶绿素a浓度为0.230~11.500μg/dm3,平均值为(1.514±1.712)μg/dm3,高值出现在观测海区东北部的长江冲淡水稀释区,表层海水叶绿素a浓度平面分布从该区的东北部向西南方向逐渐降低,离岸越近叶绿素a浓度越低,低值出现在长江口门内和测区西南部的广阔浑水区域;底层叶绿素a浓度为0.291~2.620μg/dm3,平均值为(1.186±0.531)μg/dm3,其变化幅度与平均浓度均明显低于表层。在涨憩、落急、落憩、涨急和涨憩5个潮周期中水柱平均叶绿素a浓度为1.198~1.910μg/dm3,涨憩和落急潮时,叶绿素a浓度自表层向底层逐渐下降;落憩和涨急潮时,表层的平均叶绿素a浓度略低于中层和底层。2004年春季观测海区叶绿素a浓度与往年夏季和秋季的观测结果相近,但明显高于冬季。表层沉积物叶绿素a浓度为(0.089±0.052)μg/g(湿重),仅占其上方水体平均叶绿素a浓度的极少部分,两者具有良好的相关性。     

长江口及邻近海域现代生物扰动构造定量表征及影响因素

生物扰动构造是表征海底环境状态的重要指标,是古沉积环境重建的主要依据,且它影响沉积物早期成岩作用以及物质的再分配,成为百年尺度沉积记录解读的干扰因素。本文基于长江口及其邻近海域的21个站位的沉积物岩心,利用高分辨X射线计算机断层扫描技术,通过matlab的数据处理,定性和定量表征了该区生物扰动构造,分析了影响生物扰动构造的主要因素。研究表明：长江口及邻近海域生物扰动构造较为发育,从功能上划分为生物扩散构造、运输构造、交换构造和廓道扩散构造4种类型,运输构造和廓道扩散构造常见;生物扰动构造在岩心中分布形式多样,包括指数衰减型、波动衰减型、均匀分布型、脉冲分布型等垂向分布形式;扰动深度深浅不一,多数在20 cm以内,但也有超过40 cm者;生物扰动构造空间上不均一,长江口及内陆架较发育,扰动构造体积在0～13 972 mm³之间,而苏北沿岸、中陆架则较少,扰动构造体积在351～3 212 mm³之间,从岸向外生物扰动构造有减少趋势。生物扰动构造发育程度主要受底质类型、沉积速率制约,黏土质粉砂以及适宜的沉积速率（0.52～1.34 cm/a）有利于生物扰动构造发育和保存。     

长江口邻近海域春季藻华期间浮游植物生物量与环境要素的拟合分析

基于2005年长江口邻近海域春季现场调查资料,本文采用非线性拟合方法,构建了该海域春季硅藻藻华和甲藻藻华期间浮游植物生物量与无机营养盐、温度和盐度之间的定量关系方程,进而分析了春季硅、甲藻藻华发生的最适环境条件。结果表明,硅藻藻华出现的最适环境条件为:溶解态无机氮浓度10.1μmol/L、磷酸盐浓度0.21μmol/L、硅酸盐浓度6.39μmol/L、温度11.9℃、盐度30.5;甲藻藻华暴发的最适环境条件为:溶解态无机氮浓度3.98μmol/L、磷酸盐浓度0.18μmol/L、温度22.0℃、盐度27.2。上述硅、甲藻藻华发生的最适环境条件可作为硅、甲藻藻华形成的关键环境参数,为开展长江口邻近海域藻华形成和演替过程的数值模拟和参数优化提供参考。