（物理海洋学专业论文）长江羽流混合与扩散过程和南海海平面低频变化研究.pdf

独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 l 逵! 塑遗查基丝盂蔓挂剔直蜴的! 奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者虢旁净字吼加踔莎月4 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：荦移护歌争 翩粹哆彳秒 签字日期：2 。斧厂月日 签字日期：2 。：产石月互日 长汀羽流混合与扩散过群和南海海平而低频变化研究 第一篇潮汐和风对长江羽流混合和扩散过程的影响 摘要 淡水羽( r i v e rp l u m e ) 是淡水从河口入海自然生成的物理现象，研究淡水羽的 运动规律和动力机制对于河口附近的泥沙输运与淤积和生态环境的变化趋势具 有重要的理论意义和实用价值。淡水从河口入海生成的淡水羽在运动过程中不仅 伴随着盐度、温度的水平扩散，因水文环境和海面风的影响，还会产生垂直方向 的混合。由于与外海水在盐度、温度及悬浮沉积物浓度差别较大，羽流水会形成 性质相近的水团，在水团的交界处形成锋面。影响淡水羽的扩散和混合过程的动 力因素具有多样性和多变性的特点。羽流区既受河流径流量变化的影响，如径流 的洪、中、枯季的季节变化；又受海洋的动力特征的影响，如潮汐的涨落，大、 中、小潮的变化，而且还受风场和陆架环流的影响。这些因素的共同作用使得河 口陆架区的动力过程变得异常复杂，许多羽流区实际上不可能达到一个稳定的 状态，因为它们有许多因素在这里相互作用。世界上没有两个河口一陆架羽流系 统是相似的，以致入们不知道一些观察到的现象是河口羽流的普遍现象还是个别 现象。因此，科学界对羽流动力学的研究一直是方兴未艾。 本文从最新发展的区域海洋模式r o m s 出发，通过历史资料的诊断分析和 模式模拟之间的相互印证，建立了适用于中国近海的高分辨率海洋动力模式。由 科学问题出发设计模式实验，主要对认识相对薄弱的潮汐和风影响长江羽流扩散 和混合过程的物理机制进行了探讨，揭示了潮流混合影响羽流凸起区和浮力沿岸 流的物理机制；还发现潮汐混合会对沿岸流的淡水输送和体积输送产生深远影 响，并对此进行了理论探讨；潮汐和风相互作用的涨落潮周期不对称会形成沿岸 羽流厚度的半日周期变化，这是对潮汐应变理论的有益补充。 潮流一方面可以调制河口向外的淡水输送，另一方面可以产生湍能混合减小 羽流水和陆架水之间的密度差异。研究发现：潮流引起的湍能混合变化在大小潮 周期上变化显著，小潮向大潮转化时，潮流增大、混合增强；逐渐增强的湍流混 合使小潮时形成的海水层化在近岸区域被均匀混合，低盐羽流水团会从河口羽流 凸起区( b u l g e ) 脱落，该过程周期性发生，这为观测到的长江低盐羽流水的脱 长汀羽流混合l 丁扩散过程和南海海平而低频变化研究 落提供了另外一种可能的解释。此外，潮汐会对沿岸羽流动力学产生重要影响： 无潮汐混合存在时，浮力沿岸流呈表层局限型，它和底边界无相互作用；考虑潮 汐影响后，潮汐混合产生强的垂向动量输送，下溯的沿陆架流可以达到较深的深 度，进而在底边界形成e k m a n 层，底边界e k m a n 层的离岸输运将驱动盐度锋向 外海发展。因此，潮汐作用使得长江口沿岸淡水羽流从近贴岸界的表层局限型向 离岸较远的底部输运型转变。更为重要的是，潮汐混合减弱了羽流水和外海水的 密度差异，扩展了沿岸流的宽度和深度，潮汐作用改变了沿岸流的淡水输送量以 及驻留在羽流凸起区的淡水量。没有潮汐影响时，只有约3 5 的淡水进入沿岸流 向下游输送，这意味着有更多的淡水驻留在羽流凸起区并向上游扩散：有潮汐影 响时，约8 0 的淡水进入沿岸流区，潮汐羽流也趋于稳定。 上升流风使得淡水羽向东北方向扩散，由于风生混合的影响，淡水羽盐度在 扩散过程中逐渐减弱。研究发现：在没有潮汐强迫时，沿岸淡水羽流以近似定常 厚度向外海扩散。有潮汐时，潮汐和风场的相互作用，会产生流场结构的涨落潮 不对称。上升流风和潮汐的相互作用在涨潮时会在盐度锋向岸一侧形成辐聚区， 使得盐度锋有加深的趋势；落潮时锋区内e k m a n 平流和潮流同方向，盐度锋厚 度变浅。上升流风和潮汐涨落潮周期的不对称使得羽流厚度存在半日周期变化。 下降流风时使羽流局限在较窄的范围内并使羽流厚度增加。 本文还初步讨论了夏季台湾暖流和季风对长江羽流扩散的影响，模式模拟表 明：无季风存在时，长江羽流处于斜压不稳定状态，会形成一系列气旋与反气旋 涡；反气旋涡旋可以从河口区和沿岸流区脱落并且向东北方向扩散，间歇性发展 的南风可以促进脱落的低盐羽流水的扩散。夏季风的强迫对羽流扩散过程的影响 更为明显，夏季风的存在减弱了盐度锋的斜压不稳定特性，羽流水在南风强迫下 主要向东北方向扩散进入日本海。 以上研究成果主要揭示了潮流、风和陆架环流对长江羽流混合及扩散过程的 影响机理，为认识海洋观测结果提供了一定的理论依据。 关键词：长江羽流，潮汐混合，风生混合，数值模拟 2 长汀羽流混合| j 扩散过祥和南海海平而低频变化研究 e f f e c t so ft i d ea n dw i n do nc h a n g j i a n gr i v e rp l u m ed i s p e r s a l a n dm i x i n gp r o c e s s e s a b s t r a c t r i v e rp l u m e sa r ec o m m o nf e a t u r e so nt h ec o n t i n e n t a ls h e l fa r o u n dt h ew o r l d t h e ya rep r o d u c e db yi n f l o w sf r o mac o a s t a lb u o y a n c ys o u r c e ，s u c ha sar i v e ro r e s t u a r y p l u m e so fb u o y a n tw a t e re m p t y i n gi n t ot h es e aw i l lc a u s en o to n l yt h e h o r i z o n t a ld i s p e r s a lo fs a l i n i t ya n dt e m p e r a t u r e ，b u ta l s os o m ev e r t i c a lm i x i n gp r o c e s s b yt h e e f f e c to ft h eh y d r o l o g i c a lp r o c e s sa n dt h ee x t e r n a lf o r c i n g t h e r ea r e r e m a r k a b l ec o n t r a s t sb e t w e e np l u m ew a t e ra n da m b i e n to c e a nw a t e r , s u c ha ss a l i n i t y , t e m p e r a t u r ea n ds u s p e n d i n gd e p o s i t t h ep l u m ew a t e rh a ss i m i l a rp r o p e r t ya n df o r m s f r o n ta tt h eb o u n d a r yb e t w e e nt h ep l u m ew a t e ra n dt h ea d j a c e n to c e a nw a t e r m a n y d y n a m i c a lp r o c e s s e sm i g h ta f f e c tt h ed i s p e r s a la n dm i x i n go ft h er i v e rp l u m e ，a n d t h e ya r eu s u a l l yc h a r a c t e r i z e db yh i g hd i v e r s i t ya n dv a r i a b i l i t y t h ep l u m er e g i o ni s n o to n l ya f f e c t e db yt h ev a r i a t i o no fr i v e rr u n o f f , s u c ha st h es e a s o n a lf l o o d d r y v a r i a b i l i t yo ft h er u n o f f , b u ta l s ot h eo c e a nd y n a m i c a lp r o c e s s e s ，s u c ha s t h e f l o o d - e b ba n dt h es p r i n g n e a pt i d a lc y c l e s w i n df o r c i n ga n ds h e l fc i r c u l a t i o nm i g h t a l s o p l a yi m p o r t a n tr o l e s t h e i n t e r a c t i o no ft h e s e p r o c e s s e s c a u s e st h e e s t u a r y c o n t i n e n t a ls h e l f p r o c e s s e st ob e c o m em o r ec o m p l i c a t e d m a n yp l u m er e g i o n s w i l ln e v e rr e a c has t e a d ys t a t e ，s i n c et o om a n yf a c t o r sa r ew o r k i n gt o g e t h e ro nt h e s e r e g i o n s p e o p l ed o n tk n o ww h e t h e rt h eo b s e r v e dp h e n o m e n aa r ec o m m o nf e a t u r e so r s p e c i f i cc a s e s ，s i n c et h e r ea r en os i m i l a re s t u a r y - c o n t i n e n t a lp l u m es y s t e m si nt h e w o r l d i no r d e rt ou n d e r s t a n dt h ep l u m ed y n a m i c s ，w ed e v e l o p e dar o m sm o d e lf o rt h e c h a n g j i a n ge s t u a r y e a s tc h i n as e ar e g i o n b a s e do nd i a g n o s t i ca n a l y s i so ft h e h i s t o r i cd a t aa n dt h ec o m p a r i s o n sw i t hm o d e ls i m u l a t i o n s ，w eh a v ee s t a b l i s h e dah i g h r e s o l u t i o nh y d r o d y n a m i cm o d e lf o r t h ec h i n as e a s w eh a v ec o n d u c t e dm a n y n u m e r i c a ls i m u l a t i o n st oi n v e s t i g a t et h el i t t l ek n o w np h y s i c a lm e c h a n i s m so ft i d ea n d w i n de f f e c t so i lt h ed i s p e r s a la n dm i x i n gp r o c e s s e so ft h ec h a n g j i a n gr i v e rp l u m e t h ep h y s i c a lm e c h a n i s mo ft i d a lm i x i n ga f f e c t i n gt h eb u l g er e g i o na n dt h eb u o y a n c y 3 长汀羽流混合l j 扩散过科和南海海平而低频变化研究 c o a s t a lc u r r e n ti sr e v e a l e d w ea l s of o u n dt h a t t i d a lm i x i n gw i l ls u b s t a n t i a l l yc h a n g e t h ef r e s h w a t e ra n dv o l u m et r a n s p o r to ft h eb u o y a n c yc o a s t a lc u r r e n ta n dd i s c u s s e dt h e p o s s i b l em e c h a n i s m s t h ef l o o d - e b ba s y m m e t r yo ft h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nw i n da n d t i d eg e n e r a t eas e m i d i u r n a lv a r i a b i l i t yo ft h ep l u m et h i c k n e s s ，w h i c hp r o v i d e ss o m e n e wi n s i g h t st ot h et i d a l - s t r a i ni n gt h e o r y t i d a lc u r r e n t sc a na f f e c tp l u m ed i s p e r s a lb ym o d u l a t i n ge s t u a r i n eo u t f l o wo r g e n e r a t i n gt u r b u l e n tm i x i n gt h a tr e d u c e st h ed e n s i t yc o n t r a s tb e t w e e nt h ef l e s hp l u m e w a t e ra n da m b i e n ts h e l fw a t e r i ti sf o u n dt h a tt i d a li n d u c e dt u r b u l e n tm i x i n gs h o w l a r g ev a r i a b i l i t yo v e rt h es p r i n g n e a pt i d a lc y c l e d u r i n gt h en e a pt i d e s ，t h et u r b u l e n t m i x i n gi sr e l a t i v e l yw e a k e ra n dt h ef r e s h w a t e rp l u m ec a ns p r e a dh o r i z o n t a l l ya n d m a i n t a i n si t sb u o y a n c yc o n t r a s t a st h et i d et r a n s i t i o n sf r o mt h en e a pt os p r i n gt i d e s ， t i d a lc u r r e n tg e t ss t r o n g e ra n dt h u st h et u r b u l e n tm i x i n g t h ep l u m ed e t a c h m e n t o c c u r sw h e nt i d a l l yg e n e r a t e dt u r b u l e n tm i x i n gi ss t r o n ge n o u g ht ob r e a kd o w nt h e s t r a t i f i c a t i o no u t s i d et h er i v e rm o u t h ，t h u sc a u s i n gt h ed i s i n t e g r a t i o no ft h er i v e r p l u m ei n t ot w od i s t i n c tr e g i o n s t h i sm i g h tp r o v i d ea n o t h e re x p l a n a t i o no ft h e o b s e r v e df r e s h w a t e rp a t c ho u t s i d et h er i v e rm o u t h t i d ea l s om o d i f i e st h es t r u c t u r e a n dd y n a m i c so ft h eb u o y a n c y - d r i v e nc o a s t a lc u r r e n to nt h ec o n t i n e n t a ls h e l f i nt h e a b s e n c eo ft i d e ，t h eb u o y a n c y - d r i v e nc o a s t a lc u r r e n td o w n s t r e a mi sas u r f a c e - t r a p p e d p l u m ea t t a c h e dt ot h ec o a s t i nt h ep r e s e n c eo ft i d e ，h o w e v e r , t i d a lm i x i n gg e n e r a t e s s t r o n gv e r t i c a lm o m e n t u mf l u xa n dl e a d st ot h ed e v e l o p m e n to fa l lo f f s h o r eb o t t o m e k m a nl a y e rt h a tp u s h e st h ep l u m ef r o n ta w a yf r o mt h ec o a s t t h e r e f o r et h et i d e t r a n s f o r m st h ec h a n g j i a n gr i v e rp l u m ef r o mas u r f a c e t r a p p e dp l u m eh u g g i n gt h e c o a s tt oab o t t o m a d v e c t e dc u r r e n ts h i f t i n gt oa no f f s h o r el o c a t i o n m o r ei m p o r t a n t l y , t h et i d ec h a n g e st h et r a n s p o r to ft h eb u o y a n c y - d r i v e nc o a s t a lc u r r e n ta n dt h ew a t e r a c c u m u l a t i o ni nt h eb u l g er e g i o ns u b s t a n t i a l l y i nt h ea b s e n c eo ft i d e ，t h ef r e s h w a t e r t r a n s p o r tb yt h ec o a s tc u r r e n ta c c o u n t sf o ra b o u t3 5 o ff r e s h w a t e re x p o r tf r o mt h e c h a n g j i a n gr i v e r , s u g g e s t i n gs i g n i f i c a n tf r e s h w a t e ra c c u m u l a t i o ni nt h eb u l g er e g i o n i nt h ep r e s e n c eo ft i d e ，h o w e v e r , t h ec o a s t a lc u r r e n tc a r r i e sa b o u t8 0 o ft h e f r e s h w a t e re x p o r tf r o mc h a n g ji a n gr i v e r i nt h ep r e s e n c eo fu p w e l l i n gf a v o r a b l ew i n d ，t h ef r e s h w a t e rs p r e a d si nt h e 4 长汀羽流混合与扩散过程和南海海平面低频变化研究 n o r t h e a s t w a r dd i r e c t i o na n dt h ed e n s i t yc o n t r a s tr e d u c e sw i t ht i m ed u et ot h e w i n d i n d u c e dm i x i n g i ti sf o u n dt h a tt h eb u o y a n c yw a t e rs p r e a do f f s h o r ei na q u a s i s t e a d yu n i f o r mt h i c k n e s si nt h ea b s e n c eo ft i d e i nt h ep r e s e n c eo ft i d e ，t h e i n t e r a c t i o no fw i n da n dt i d ew i l lp r o d u c et h ec u r r e n ta s y m m e t r yo v e rt h ef l o o d e b b t i d a lc y c l e t h eo f f s h o r et r a n s p o r ti se n h a n c e da te b bb u tw e a k e n e da tf l o o d t h e f l o o d e b ba s y m m e t r yc a u s e sw a t e rt oa c c u m u l a t ea ts e a w a r ds i d eo ft h ep l u m ea n d d e e p e n st h ef r o n t t h ep l u m et h i c k n e s sv a r i e s o v e rt h ef l o o d - e b bt i d a lc y c l e ， e s p e c i a l l yu n d e rs t r o n gw i n df o r c i n gc o n d i t i o n s d o w n w e l l i n gf a v o r a b l ew i n d s c o n f i n et h ep l u m et ot h ec o a s ta n di n c r e a s et h ep l u m et h i c k n e s s t h ee f f e c t so ft a i w a nw a r mc u r r e n ta n dt h es u m m e rm o n s o o nw i n do nt h e c h a n g j i a n gr i v e rp l u m eh a v ea l s ob e e ni n v e s t i g a t e d t h en u m e r i c a lm o d e l i n gs h o w s t h a t ：i nt h ea b s e n c eo fs u m m e rm o n s o o n ，t h ed o w n s t r e a mb u o y a n c yc u r r e n ta n dt h e u p s t r e a mt a i w a nw a r mc u r r e n tw i l lp r o d u c es h e a r - i n s t a b i l i t ya tt h eb o u n d a r ya n d f o r m sac h a i no fa n t i c y c l o n i ca n dc l o n i ce d d i e s t h ea n t i c y c l o n i ce d d i e sw i l ld e t a c h f r o mt h eb u l g er e g i o na n ds p r e a di nt h en o r t h e a s t w a r dd i r e c t i o n t h ee p i s o d i c n o r t h w a r dw i n d sw i l ls p r e a dt h ef r e s h w a t e rp a t c h e sf u r t h e ro f f s h o r e t h es u m m e r m o n s o o nw i l lc h a n g et h ed i s p e r s i o nt r a j e c t o r y s u b s t a n t i a l l y i nt h ep r e s e n c eo f s u m m e rm o n s o o n ，t h eb a r o c l i n i ci n s t a b i l i t yo ft h ep l u m ef r o n ti ss u p p r e s s e d ；t h e p l u m ew a t e rs p r e a d sn o r t h e a s t w a r da n de n t e r si n t ot h ej a p a ns e a 。 t h er e s e a r c hr e s u l to u t l i n e da b o v em a i n l yr e v e a l e de f f e c t so f t i d e ，w i n da n ds h e l f c i r c u l a t i o no nt h ed i s p e r s a la n dm i x i n gp r o c e s s e so ft h ec h a n j i a n gr i v e rp l u m e t h r o u g hs o m ep r o c e s s - o r i e n t e dn u m e r i c a lm o d e l i n g ，w h i c hp r o v i d es o m et h e o r e t i c a l e v i d e n c et ou n d e r s t a n dt h eo b s e r v a t i o n s k e y w o r d s ：c h a n g j i a n gr i v e rp l u m e ，t i d a lm i x i n g ，w i n dm i x i n g ，n u m e r i c a lm o d e l i n g 长汀羽流混合l j 扩散过稃和南海海平而低频变化研究 1 引言 在海岸环境中，河口是最富生产力同时也是最易受人为影响的地区。所谓的 河口，是指河流与海洋交界的地方，河口海域因为淡水与海水在性质上有很多的 不同，再加上潮汐、风场造成的垂直混合以及陆架环流变化等诸多因素的影响， 使得河口陆架区的流场、温度场和盐度场的变化相当复杂。 在河口陆架海域种种的现象当中，最容易观察到的的就是淡水羽。淡水羽 ( r i v e rp l u m e ) 是淡水河口水流入近岸海域非常普遍而明显的的海洋物理现象，水 团因密度差异产生浮力效应，而使得海水运动，形成浮力驱动的密度流，这种密 度流被称为淡水羽流。淡水河口水流入海水中不仅发生盐度、温度水平的扩散， 还因水文环境或大气中外力活跃因子的影响，产生垂直的混合作用。羽流水与外 海水的盐度、温度及悬浮沉积物浓度都差别较大，它们会形成性质相近的水团， 在水团的交界处形成锋面，淡水羽即指这些盐度较小的水团形成的如同羽毛形状 的现象。 影响淡水羽的扩散和混合过程的动力因素具有多样性和多变性的特点。羽流 区既受河流径流量变化的影响，如径流的洪、中、枯季的季节变化；又受海洋的 动力特征的影响，如潮汐的涨落，大、中、小潮的变化，而且还受风场和陆架环 流的影响。这些因素的共同作用使得河口陆架区的动力过程变得异常复杂，对 羽流动力学的研究一直是方兴未艾。 长江口作为我国第一大河口，自然条件十分优越，在航运、供水、水产和滩 涂等方面具有明显的资源优势。长江河口段l o m 等深线基本贯通，万吨轮可直 达南京港，素有“黄金水道”之称。长江水量充沛，水体自净能力很强，河口水域 水质基本达到地面水i i 类标准，是周边地区的优质供水水源基地。但是，自然 条件的变化和人类活动的频繁在不同程度上改变了长江口的优良状态；同时，随 着经济的发展，人们对长江口环境又提出了更高的要求。为了更好地发挥长江口 东海陆架区的优势和潜力，需要对长江口的一些问题进行深入的研究。随着经 济的发展，长江河水中夹带的污染物亦急剧增大，而这些污染物质最后都从河口 排出，对生态环境造成严重威胁。因为河口陆架动力机制复杂，带有污染物的 水团有可能在河口滞留、沉积或是被输送到其它海域等。所以，为了保护河口 陆架区域的物理和生态环境，海洋学家的一个重要任务应该是积极开展对河口 6 长汀羽流混合l j 扩散过祥和南海海平而低频变化研究 陆架区域物理要素时空分布的研究，并逐步揭示羽流动力学的理论机制。 本章中我们我们将首先概述长江口的动力环境特性，进而介绍长江羽流动力 学和国际羽流动力学的研究现状，最后提炼出本文的研究内容。 1 1 长江口动力环境特性 1 1 1 长江口环境概述 长江全长6 3 8 0 k m ，长江口是长江下游入海处的一个过渡带，是径流与潮流 相互消长的多级分汉沙岛型河口。长江口在纵向可分为三个区段：近口段、河口 段和口外海滨段。近口段从大通( 枯季潮区界) 至江阴( 平均洪季潮流界) ，长 约4 4 0 k m ，河槽演变受到径流和边界条件控制，多为江心洲河型；河口段从江阴 至口门( 拦门沙滩顶) ，长约2 1 0 k m ，此间径流和潮流相互消长，河槽分汉多边； 口外海滨段为口门至外海3 0 5 0 m 等深线附近，以潮流作用为主，伴有水下三角 洲发育。 图1 1 长江口示意图 长江口是一个有规律的分汉河口。在科氏力作用下，长江口存在有明显的落 潮流偏南、涨潮流偏北的流路分异现象。在涨落潮流路之间的缓流区，泥沙容易 落淤形成新滩沙岛，促进水道分汊。同时，长江口径流量大，潮流也很强，在径 流、潮流、波浪及盐水混合的综合作用下，使得长江口地区泥沙运动活跃，输移 机制复杂，滩槽经常变化，各入海通道的变迁又彼此影响，因而入海通道不稳定。 7 长汀羽流混合与扩散过程和南海海平而低频变化研究 在徐流泾以下先被崇明岛分为南支和北支，在浏河口以下、吴淞口以上南支又被 中央沙、长兴岛和横沙岛分为南港和北港，在九段以下南港又被水下沙洲一九段 沙分为南槽和北槽，从而形成了长江口的三级分汊、四口( 北支、北港、北槽、 南槽) 入海的形势，图1 2 显示了长江口的水文形势和测站分布。 图1 - 2 长江口水文形势和测站分布示意图( 引自龚政，2 0 0 2 ) 1 】 1 1 2 径流 长江口的潮区界在大通附近，故长江的径流特性以大通水文站实测资料为依 据。长江径流丰沛，在年内的分配具有明显的洪枯季变化。每年5 1 0 月洪季平 均下泄量4 0 ，0 0 0 m 3 s ，l1 月至翌年4 月枯季平均下泄量为1 8 , 0 0 0 m 3 s ，其中，洪 季下泄流量占了全年径流量的7 1 7 ，大通站多年月平均流量见表1 1 。长江口 径流在年际间的变化也很大，大通站多年平均流量为2 9 ，5 0 0 m 3 s ，最大洪峰流量 为9 2 ，6 0 0 m 3 s ( 19 5 4 年) ，最小枯水流量为4 ，6 2 0 m 3 s ( 19 7 9 年) 。 表1 1 大通站多年月平均流量表 月份123 4 567891 01 11 2 月平均流1 0 2 0 01 1 0 0 01 4 8 0 02 3 4 0 03 5 0 0 04 0 7 0 04 8 2 0 04 3 4 0 03 9 7 0 03 4 2 0 02 3 8 0 01 4 2 0 0 量( m s ) 北支上口由于不断淤浅，进入的淡水径流量逐年减少。根据水文资料统计， 进入北支的分流量只占南北支总径流量的2 2 左右，1 9 7 1 年甚至出现过在大潮 时相当多的潮流量通过北支上口倒灌入南支的现象。 南支是长江径流量的主泄流通道，其下段的南北港和南北槽的径流量分配较 为接近。北港的径流量分配变化在3 6 6 旷6 5 3 之间，南港的径流分配变化在 8 长汀羽流混合l j 扩散过程和南海海平面低频变化研究 3 4 7 , - - 6 3 4 之间：1 9 5 8 年后，北港的分流量大于南港。南槽的径流分配变化在 3 5 8 - - 6 7 6 之间，北槽的径流分配变化在3 2 4 - - 6 4 2 之间；1 9 6 5 年以后，北 槽的分流量大于南槽。由于南、北港，南、北槽的径流分配较为接近，从而使他 们的主次关系易于更迭。三条水道的温盐层化状态也与它们的径流分配比有密切 关联。 1 1 3 潮流 长江口区的潮波受东海前进潮波系统及黄海旋转潮波系统的共同作用，尤以 前者影响为主。因此，在长江口地区表现为以前进波为主的混合潮波。在长江口 外为正规半日潮，口内为不规则半日潮，平均一个半日潮的周期为1 2 小时2 5 分。 长江口是中等强度的潮汐河口。口门附近中浚站多年统计潮差特征值是：最 大潮差4 6 2 m ，平均潮差2 6 6 m ，最小潮差o 1 7 m ，潮差最大变幅达2 8 倍，月内 最大变幅在1 0 倍左右。潮波由河口上溯，受河床抬升影响，潮位越往上越高， 同时受地形及径流下泄阻力等影响，能量逐渐消弱，潮波逐渐变形，波前变陡， 波后变缓，导致潮差和潮时沿程发生变化。潮差向上游递减，涨潮历时向上游缩 短，而落潮历时增长。由于科氏力等因素作用，北岸潮差要比南岸大。据实测资 料统计，南港北岸潮差一般要比南岸大0 4 0 5 m 。 在上游径流接近年平均流量，口外潮差近于平均潮差的情况下，河口涨潮量 达2 6 3 ，0 0 0 m 3 s ，是年平均径流量8 8 倍。进潮量枯季大潮为3 9 亿m 3 s ，枯季小 潮为1 3 亿m 3 s ，洪季大潮达5 3 亿m 3 s ，洪季小潮为1 6 亿m 3 s 。 口外潮波循s e - n w 方向( 约3 0 5 0 ) 传入口内，受河槽约束作用明显，传 播方向与河槽轴线基本一致。从1 9 2 7 - 1 9 7 2 年统计资料分析得知，南、北槽涨潮 延伸方向在3 0 4 0 3 1 7 0 之间( 匡翠萍，1 9 9 3 ) 1 2 ；可见，口门附近涨潮槽的延伸 方向主要由口外潮波传播方向决定，即涨潮槽的方向标志着总体潮波的传播方 向。 长江口潮流在横沙岛以上有固定边界的河段内表现为往复流，且落潮流速一 般大于涨潮流速；在口外海域逐渐向旋转流过渡，旋转方向为顺时针方向。其中， 北槽的上端仍以往复流为主，而下段则旋转流成分增强。 。 9 长汀羽流混合l j 扩散过科和南海海平丽低频变化研究 1 1 4 风 长江口地区常风向为s e s e e ，强风向为n n e 、n e 。该地区季风盛行，风 向有明显的季节性变化，月平均风速以冬春季各月较大，最大风速大多发生在夏 季台风侵袭期间。实测引水船处最大风速2 6 m s ( 1 9 8 1 年9 月1 0 日8 ：0 0 ) ，表 1 2 给出了在引水船站测量的各月风力大于6 级的大风日数( 龚政，2 0 0 2 ) 【。 表1 2 引水船站各月风力大于6 级的大风日数 月份l23456789l o1 11 2 全年 6 级 5 24 22 53 32 11 72 23 32 7 3 84 8 6 04 l 风的 天数 1 1 5 波浪 长江口海域通常观测到的是风浪或风浪与涌浪兼而有之的混合浪，纯粹为涌 浪的情况十分少见。常浪向为n n e 向，频率为1 0 2 5 ；次常浪向为n 与s s e 向，频率为8 7 5 。风向与浪向的季节性变化十分明显，冬季以n w 浪向为主， 频率为1 9 ；夏季则以s s e 浪向为主，频率为2 4 ；春季以s e 和s s e 浪向为 主，频率为2 0 左右；秋季多为n e 浪向，频率为1 8 。 波浪自口外向口内传播过程中，因受地形的影响，波高逐渐衰减，波周期变 短。引水船站的多年平均波高为0 9 6 m ，波周期为3 7 s ；高桥站的波高降至0 3 5 m ， 波周期为2 4 s 。台风时期，引水船站的最大波高为6 2 m ，高桥站降至3 2 m 。引 水船站的最大平均波周期约为8 s ，高桥站约为4 5 s 。 1 1 6 盐度 长江口外海的海水沿北支、北港、北槽、南槽四口上溯，由于各汊道的地形、 径流以及潮汐特征的不同，长江口盐度的时空变化比较复杂。根据盐淡水混和强 度的不同大体可以分为三种类型：( a ) 弱混合型；( b ) 缓混合型和( c ) 强混合 型。 由于北支径流分流量的减少，导致北支潮流作用的增强，盐水入侵加剧，属 于强混合型。南、北港，南、北槽的径流分配较为接近，主次关系易于更迭；南 槽、北槽和北港三条水道的盐水入侵状况与它们的径流分配比相对应，混合强度 大小依次分为南槽、北槽和北港，基本属于缓混合型；而且，随着径流和潮汐的 不同遭遇组合，同汉道在不同时期可以出现不同的混合类型。枯季大潮淡盐水 1 0 长汀羽流混合l j 扩散过程和南海海平面低频变化研究 混合比较强烈，垂向盐度差较小，属于混合型；洪季特小潮，盐淡水混合非常弱， 垂向盐度差很大，属于高度分层型。在其他一些水文组合情况下，等盐度线以楔 状向上游延伸，混合状况基本属于缓混合型，是长江口最主要的混合形式。实测 资料表明洪季出现缓混合型的几率在7 5 以上，枯季时为5 0 左右，全年平均 在6 0 7 0 ( 罗小峰，2 0 0 3 ) 引。 长江口的口外属东海海域，东海近岸海域盐度分布主要取决于低盐的沿岸冲 淡水和高盐的台湾暖流的消长，总体趋势自西向东，自北向南逐渐增高，平均盐 度约3 3 0 ，黑潮区高于3 4 0 。冬季，等盐度线呈西南东北走向，对马暖流高盐 区大于3 3 9 0 0 ，苏北沿岸流低盐区小于3 1 o 。夏季，长江冲淡水几乎遍及整个东 海北部，对表层盐度分布影响较大( 赵章元，2 0 0 0 ) 4 】。 根据海洋普查资料，长江口外海3 0 9 0 0 的盐度等值线在洪季是可以延伸到东 经1 2 5 0 以东，枯季在东经1 2 2 5 0 附近。由此可见，长江口外海受到径流和大洋 环流的影响，3 0 9 0 0 盐度等值线变化范围可达3 0 0 k m 以上。 1 1 7 泥沙 长江口地区年悬沙输送总量4 8 6 亿吨。长江非感潮河段的悬沙年内分布主 要集中于洪季( 5 l o 月) ，占8 7 2 。但在长江河口段由于涨落潮流对泥沙的往 复搬运作用，悬沙的年内分布较为均匀，与径流量的大小关系不很密切。河口地 区的含沙量年内变化和长江上游来沙过程并不一致，河口地区含沙变化主要受制 于潮流及风浪的大小，潮差越大，含沙量越大。在相同潮差情况下，洪季含沙量 较枯季大，洪季约为1 o l k g m 3 ，枯季约为0 1 k g m 3 ，多年平均含沙量约为 0 5 4 k g m 3 。 1 2 长江口研究现状 1 2 1 盐水入侵 关于长江口盐水入侵的研究最初从盐水楔异重流开始，主要研究手段为资 料分析和数学模型，物理模型方面所作的工作相对较少，但近年来发展迅速。 基于现场观测资料，沈焕庭掣5 】( 1 9 8 0 ) 对长江口盐