天津近岸海域水文環(huán)境分析

徐輝奮，姜 波，趙世明，武 賀，杜小平，馬治忠

（國家海洋技術中心，天津 300112）

天津近岸海域水文環(huán)境分析

徐輝奮，姜 波，趙世明，武 賀，杜小平，馬治忠

（國家海洋技術中心，天津 300112）

海洋經濟已成為天津市國民經濟中重要的組成部分，隨著不斷發(fā)展，為滿足海洋綜合管理、海洋資源的合理利用、海洋污染綜合治理等方面提出的更高要求，需要充分了解海域水體環(huán)境的現(xiàn)有狀況。利用2006—2007年渤海灣（天津近岸）4個航次的水文氣象調查資料和2006年夏季4個定點連續(xù)觀測站的海流調查資料，重點分析了天津近岸海域溫度鹽度的分布狀況及變化規(guī)律，并對天津市海岸帶和海涂資源綜合調查（海流部分）的歷史資料進行了驗證。通過分析表明，渤海灣夏季環(huán)流整體趨勢未發(fā)生較大變化，但余流很小；與歷史資料相比較，流速有減小趨勢，而且流速普遍較弱；海水溫度和鹽度的垂直變化不大。

天津近岸；渤海灣；溫度；鹽度；海流

天津市擁有153 km的海岸線，面積為336 km2潮間帶及3 000 km2的海域面積，作為一個環(huán)渤海經濟區(qū)的中心城市，在京津冀區(qū)域發(fā)展中占有重要地位。截至到2006年，天津市的海洋經濟總產值達到了1 800億元，占到全市GDP的17.3%，海洋經濟已成為天津市國民經濟中重要的組成部分。隨著海洋經濟的發(fā)展，對海洋綜合管理、海洋資源的合理利用、海洋污染綜合治理等方面提出了更高的要求。對此，需要充分了解天津海域水體環(huán)境的現(xiàn)有狀況。

2003年9月，經國務院批準，由國家海洋局組織實施“我國近海海洋綜合調查與評價”專項（簡稱“908專項”）。按照國務院批示精神，國家海洋局協(xié)同有關部門組織編寫了《“我國近海海洋綜合調查與評價”專項總體實施方案》。根據國家專項任務的性質和特點，沿海省市參與了專項工作，并承擔了相應的專題任務。天津市作為沿海特大型城市，在國家海洋局的領導下，開展相應的調查與評價工作。天津市908專項物理海洋調查是天津市908專項近岸海域基礎調查的重要組成部分。

本文利用該調查中2006—2007年渤海灣（天津近岸）15個大面站4個航次的水文氣象調查資料和2006年夏季4個定點連續(xù)觀測站的海流觀測資料，重點分析了天津近岸海域溫度鹽度的分布狀況，并對天津市海岸帶和海涂資源綜合調查（海流部分）的歷史資料進行了驗證。

1 資料來源與處理

本文引用的數據資料為天津市908專項物理海洋調查所獲取的資料， 調查范圍為 117°37′～118°03′E，38°37′～39°10′N（站點分布圖見圖1）。

圖1 站位分布圖

調查分為大面站觀測和定點連續(xù)觀測。其中，大面站為15個，觀測時間為2006—2007年4個季節(jié)，觀測項目為站位、水深、海流、海浪、水溫、鹽度、風、能見度、氣溫、氣壓、相對濕度、海況等；定點連續(xù)觀測站為4個，觀測時間為夏季，進行100 h連續(xù)觀測，觀測項目為海流。

CTD資料是采用國家海洋技術中心研制SZC15-2型自容CTD剖面儀及其配套軟件進行數據采集和處理，其處理過程包括了滯后訂正、低通濾波、消除逆壓、時間匹配等；定點海流觀測資料采用ADCP進行數據采集和其配套軟件進行處理，其處理過程包括回波強度校核、時間匹配、觀測層觀測要素提取等；其他觀測項目均采用相應常規(guī)調查儀器進行數據采集，處理方法參照 《我國近海海洋綜合調查與評價——海洋水文氣象調查技術規(guī)程》進行。

2 海流特征分析

定點連續(xù)觀測站為TJD-01，TJD-02，TJD-03和 TJD-04站 （以下簡稱1～4號站）。

2.1 定點站各向海流的出現(xiàn)頻率

如圖2-1～圖2-4所示，1號站各層落潮流主要集中SESSE各向，其頻率和在46%～51%，漲潮流主要集中在NWNNW各向，其頻率和在39%～40%；2號站各層落潮流主要集中在E-ESE各向，其頻率和在50%～54%，漲潮流主要集中在W-WNW各向，其頻率和在37%～41%；3號站各層落潮流主要集中在E-ESE各向，其頻率和在41%～45%，漲潮流主要集中在W-WNW各向，其頻率和在37%～39%；4號站各層落潮流主要集中在ENE-E各向，其頻率和在33%～34%，漲潮流流向在SW-NW之間比較分散。

2.2 定點站各級海流的出現(xiàn)頻率

圖2-1 1號站各層流向玫瑰圖

圖2-2 2號站各層流向玫瑰圖

圖2-3 3號站各層流向玫瑰圖

圖2-4 4號站各層流向玫瑰圖

1號站表層流以40～49 cm/s，50～59 cm/s兩級的流速出現(xiàn)較多，頻率分別為22%，24%，最大一級流速是80～89 cm/s，頻率為2%；5 m層流速也是以40～49 cm/s，50～59 cm/s兩級的流速出現(xiàn)較多，頻率分別為26%，21%；底層以20～29cm/s，30～39 cm/s，40～49 cm/s級的流速出現(xiàn)較多，頻率分別為21%，22%，26%。

2號站表層流以40～49 cm/s級的流速出現(xiàn)最多，頻率為23%，最大一級流速是90～100 cm/s，頻率為1%；5 m層流以50～59 cm/s級的流速出現(xiàn)最多，頻率為22%；底層流以40～49 cm/s級的流速出現(xiàn)最多，頻率為29%。

3號站表層流以50～59 cm/s級的流速出現(xiàn)最多，頻率為20%，最大一級流速是90～100 cm/s，頻率為1%；5 m層流以40～49 cm/s級的流速出現(xiàn)最多，頻率為24%；底層流以30～39 cm/s，40～49 cm/s級的流速出現(xiàn)較多，頻率分別為28%，24%。

4號站表層流以20～29 cm/s級的流速出現(xiàn)最多，頻率為41%，最大一級流速是40～49 cm/s，頻率為4%；底層流以10～19 cm/s，20～29 cm/s兩級的流速出現(xiàn)較多，頻率分別為31%，49%。

2.3 定點站各層漲落潮最大流速

各站實測表層最大漲潮流流速為47～94 cm/s，以3號站最大，4號站最??；表層最大漲潮流的方向為251°～322°；表層最大落潮流流速為39～79 cm/s，以3號站最大，4號站最小；表層最大落潮流的方向為93°～142°。綜合來看，最大漲潮流流速明顯大于落潮流流速。

歷史資料中[2]，1號站表層漲潮最大流速為94 cm/s，落潮最大流速為67 cm/s；4號站表層漲潮最大流速為83 cm/s，落潮最大流速為60 cm/s。與歷史資料相比，該海域流速有減弱的趨勢，尤其是靠近歧口的4號站減弱幅度較大。

2.4 定點站潮流調和分析

2.4.1 潮流性質

潮流通常是指純由天文潮汐漲、落而導致的海水流動。潮流性質依下式劃分：

如果K≤0.5，則為正規(guī)半日潮流，如果0.5＜K≤2.0則為不正規(guī)半日潮流；如果K＞2.0，則視情況不同而為不正規(guī)日潮流或正規(guī)日潮流。式中和分別為K1，O1和M2分潮潮流橢園長半軸之值。據此計算得本海區(qū)各站、層的潮流性質判據K如表1所示。

表1 各層潮流性質判據K

由表1看出，本海區(qū)4個測流站表、中、底層的K值，為0.10～0.25，均小于0.5，故調查海區(qū)潮流性質屬正規(guī)半日潮流。

2.4.2 潮流的運動形式

潮流的運動形式取決于本海區(qū)主要分潮流的橢圓要素。由表1得知本海區(qū)的潮流為正規(guī)半日潮流，因此主要半日分潮流（M2和S2）的運動形式即代表該海區(qū)潮流的運動形式。

反映潮流運動形式的參量為旋轉率（亦稱橢圓率）K′，其值為該分潮流橢圓短軸與橢圓長軸的比值，其符號有 “+”、“-”之分，正號表示分潮流為逆時針旋轉，負號則為順時針旋轉。除1號站表層外，其余各站、層M2和S2分潮流的K′均為正值，即主要分潮流的旋轉方向為逆時針的。除4號站外，各站M2和S2分潮流的K′值均不大，其絕對值為0.01～0.08，說明該海區(qū)的潮流主要為往復流動，1～3號站的表、中、底層M2和 S2分潮流的橢圓長軸方向分別為 (90°,144°)～(270°,324°)，即潮流往復運動的主流方向大致為ESE-WNW,漲潮時指向岸邊，落潮時則相反，指向灣口。

2.4.3 余流

這里的所謂余流是指從實測海流中扣除潮流后各種海水流動的總和。表2為調查期間各測流點各層的余流流向和流速。從表2中看出，此次觀測期間，各站、層的余流值都不大。1號站表層最大，表層余流為5.4 cm/s，其余各站均不超過5 cm/s。

表2 定點站余流流速/cm·s-1及流向/(°)

歷史資料（見圖3）中顯示夏季渤海灣環(huán)流由三支海流組成:一支沿山東、河北和天津沿岸北上的沿岸流（簡稱渤海灣南岸流）；另一支由曹妃甸以南沿海底深槽西上的曹妃甸外海流；第三支是中心軸線位于自大沽燈塔向東南引出的直線上，處于表至15 m水層之間的上層流 （簡稱渤海灣上層流）。前兩支流入灣內，而后者從灣內流出，構成渤海灣夏季水循環(huán)。

圖3 渤海灣夏季表層余流驗證點及歷史表層環(huán)流示意圖

本文通過實測調查數據進行了分析：TJD-01站和TJD-02站夏季表層余流方向分別為143°和94°，處于渤海灣上層流影響區(qū)域，與歷史資料所示基本保持一致，底層余流非常小，余流方向與歷史資料對比略有偏差。TJD-03站夏季表層余流方向為93°，這是由于渤海灣南岸流接近自西向東的渤海灣上層流而轉向，該站正處于該海域。TJD-03站底層余流方向為222°，說明其處于曹妃甸外海流影響區(qū)域，與歷史資料基本一致。處于歧口外海的TJD-04站流向比較紊亂，并且余流很小，不足3 cm/s，表底層余流方向均為偏東方向。

天津近岸海域實測余流普遍較小。從幾個驗證點來看，反映了渤海灣夏季環(huán)流系統(tǒng)中的三支海流，環(huán)流整體趨勢上還是與歷史基本相同。

3 溫鹽特征分析

3.1 海水溫度

3.1.1 溫度的平面分布狀況

根據中國近海溫度分布的特點[3]，可將天津近岸海域的溫度特征歸納為冬季型(12月至翌年3月)、夏季型（6～8月）和過渡型（4～5月和9～11月）三種類型。

如圖4和圖5所示，春季（4月）水溫逐漸升高，水溫分布正向夏季型演變。表層水溫分布形勢為沿岸水溫高 （11～12℃左右），外海水溫低（7～8℃左右）的格局。這是由于沿岸海水受陸地熱輻射的影響，增溫速度比外?？斓木壒?。高溫區(qū)主要集中在TJ09站和TJX-3站的附近海域，調查的最高水溫為12.19℃,低溫區(qū)出現(xiàn)在ZD-TJ088站的附近海域，調查的最低水溫為7.41℃。底層水溫分布與表層相似，仍然是沿岸高、外海低的格局，但是在調查區(qū)域的南部，高溫水區(qū)域與表層相比覆蓋面積較小。

圖4 表層溫度平面分布圖

圖5 底層溫度平面分布圖

夏季（7月）是全年水溫最高的季節(jié)，表層海水溫度分布趨勢基本是沿岸高、外海低，但分布較為均勻 (25～28℃左右)，平均水溫為26.7℃，普遍比春季升高16～17℃。高溫區(qū)集中在TJ02站附近海域，調查的最高水溫為28.23℃。底層水溫分布與表層相似。

秋季（10月）水溫逐漸下降，水溫分布正向冬季的特征轉化。這是由于太陽輻射逐漸減弱，氣溫下降，海水向大氣的回輻射加強，海水處于降溫過程，近岸由于陸地降溫迅速，海水向陸地的熱量輸送加強，使近岸海水降溫較外?？?。由于沿岸降溫比海區(qū)中央要快，使表層水溫又恢復到沿岸低、外海高的格局。平均水溫為14.5℃,普遍比夏季降低12～14℃。在沿岸低溫區(qū)中，調查的最低溫度為11.11℃；外海的高溫區(qū)中，調查的最高溫度為17.46℃。底層水溫分布與表層相似。

冬季（12月）是全年太陽輻射最弱，水溫最低的季節(jié)。表層水溫分布是沿岸水溫低，外海水溫高，表層水溫高于氣溫，等溫線分布大體與岸線平行。平均水溫為4.4℃，在沿岸低溫區(qū)中，調查的最低溫度為0.16℃。底層水溫分布形式基本與表層相同。

3.1.2 溫度的垂直變化

通常水溫的垂直分布是從表層開始隨著深度的增加而遞減的，其遞減的情況隨季節(jié)而變。

調查區(qū)域海水表底層溫差春季平均為0.3℃,夏季平均為0.19℃,秋季平均為0.08℃,冬季平均為0.01℃。冬季變化最小，這是由于冬季正值干冷強勁的偏北季風盛行，對流、渦動混合最強，近岸淺水區(qū)溫度垂直分布呈上下均一狀態(tài),垂直變化不大。

3.2 海水鹽度

3.2.1 鹽度的平面分布

如圖6和圖7所示，春季（4月）海水鹽度表層分布水平梯度較小，調查區(qū)域表層海水鹽度平均鹽度為32.10，最高為32.24，最低為31.20,底層與表層分布形勢相同。

夏季（7月）是全年降水集中、雨量最多，江河入海徑流最大的季節(jié)，也是沿岸沖淡水勢力最強、擴展范圍最大的季節(jié)。海水表層鹽度為全年最低，調查區(qū)域表層海水鹽度平均鹽度為30.86，最低鹽度為29.63。

秋季（10月）偏北季風逐漸增強，海面蒸發(fā)增大，降水減少，沿岸沖淡水勢力大減，海水鹽度開始增高。調查區(qū)域表層海水鹽度平均鹽度為31.13,比夏季增長0.5。

冬季（12月）海水鹽度繼續(xù)增高，并且表底層分布基本趨于一致，平均鹽度均為31.75左右。

鹽度的分布與變化，主要取決于海區(qū)的鹽量平衡狀況。對于天津近岸海域，江河入海徑流的多少起著至關重要作用。TJ09站附近海域受沿岸河流影響較大，整年都屬于低鹽區(qū)，而TJ01站和TJX-3站附近海域在夏季有較大范圍的低鹽區(qū)出現(xiàn)。

圖6 表層鹽度平面分布圖

圖7 底層鹽度平面分布圖

3.2.2 鹽度的垂直變化

通常海水鹽度的垂直分布是表層鹽度低，深層鹽度高，從表層開始隨著深度的增加而增加的。本文所用數據資料中的各站各季節(jié)底層與表層鹽差不是很大，從上到下基本呈一直線趨勢。

4 海面氣象和波浪特征

春夏兩季主要以東南風為主，秋季以西南風為主，冬季以東北風為主；海面大氣壓冬季較高，夏季較低，平均值約差27 hPa；海面大氣溫度春季平均為14.5℃,夏季平均為26.7℃,秋季為14.5℃，冬季為4.5℃。與同季節(jié)海水表層溫度相比，秋季基本相同，春冬兩季均相差2℃左右，夏季相差達4℃多。從各季節(jié)的波浪大面觀測來看，調查期間天津近岸海域主要以風浪為主，最大波高為2.0 m左右，出現(xiàn)在4月份。春冬兩季有效波高較高，平均為0.7 m左右；夏秋兩季有效波高較低，平均在0.4 m左右。波向基本與各季節(jié)風向一致。

5 結論

（1）渤海灣夏季環(huán)流整體趨勢未發(fā)生較大變化，但余流很小。

（2）渤海灣（天津近岸）潮流性質為正規(guī)半日潮流，潮流運動為往復流形式。

（3）與歷史資料相比較，流速有減小趨勢，而且流速普遍較弱，這樣不利于該海域水體交換，影響泥沙輸運。

（4）渤海灣（天津近岸）海水溫度和鹽度的垂直變化不大；在水平分布上，TJ09 站 (117°48′20″E,39°05′00″N)附近海域整年處于低鹽區(qū)域，TJ01 站 (117°37′10″E,38°42′30″N)和TJX-3(117°38′45″E,38°37′10″N)附近海域夏季低鹽區(qū)范圍較大。

6 建議

建議建立長期的海流、波浪等海洋水文氣象要素監(jiān)測系統(tǒng)，以便實行動態(tài)監(jiān)測。尤其是近岸港工建設的日益增加對流場的影響，在濱海新區(qū)的建設中應予以考慮。對天津近岸海域進行長期有針對性的水文氣象觀測，獲取大量數據，不僅有利于準確地掌握海域水文氣象要素變化的趨勢，更能為濱海新區(qū)的發(fā)展提供強有力的基礎支持。

[1]國家海洋局908專項辦編.海洋水文氣象調查技術規(guī)程[M].北京：海洋出版社，2005.

[2]天津市海岸帶和海涂資源綜合調查報告[M].北京：海洋出版社，1987：62-67.

[3]孫湘平.中國近海區(qū)域海洋[M].北京：海洋出版社，2006：201-254.

[4]侍茂崇，高郭平，鮑獻文.海洋調查方法[M].青島：青島海洋大學出版社，2007.

[5]吳德星，萬修全，鮑獻文，等.渤海1958年和2000年夏季溫鹽場及環(huán)流結構的比較[J].科學通報，2004，49(3):287-292.

[6]鮑獻文，萬修全，吳德星，等.2000年夏末和翌年初冬渤海水文特征[J].海洋學報，2004.26(1):14-24.

Analysis of Hydrological Environment of Tianjin Coast

XU Hui-fen,JIANG Bo,ZHAO Shi-ming,WU He,DU Xiao-ping,MA Zhi-zhong
（National Ocean Technology Center,Tianjin 300112， China）

The marine economy has become an important part of the national economy in Tianjin.In order to meet the higher requirements by the comprehensive marine management,rational use of marine resources,marine pollution and other aspects of comprehensive management,it’s necessary to fully understand the existing marine environment conditions.Using hydrometeorological investigations in the Bohai Bay during four cruises in 2006 and 2007(Tianjin Coast)and four fixed currents continuous observation station investigation data in summer 2006,the temperature and salinity distribution of Tianjin coastal waters is analyzed.The historical data during Tianjin coastal zone and wetland resources investigation (current portion)has been verified.The analysis shows that the overall trend of summer circulation in the Bohai Bay has not changed greatly,but the residual current is very small;the flow rate has decreased and stays weakly compared to historical data;water temperature and salinity vertical changes lightly.

Tianjin coastal;Bohai Bay;temperature;salinity;current

P731

A

1003-2029（2011）02-0063-06

2010-03-01

天津市908專項物理海洋調查（908-TJ-12）

徐輝奮（1979－），男，學士，工程師，主要從事物理海洋學研究及海洋可再生能源評價研究工作。