郭磊城，朱春燕，2，何青，Wang Zheng Bing，2，3，萬(wàn)遠(yuǎn)揚(yáng)

（1.華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200062；2.Delft University of Technology，Delft 2600 GA，the Netherlands；3.Deltares，Delft 2600 MH，the Netherlands；4.上海河口海岸科學(xué)研究中心，上海201201）

長(zhǎng)江河口潮波時(shí)空特征再分析

郭磊城1，朱春燕1，2，何青1，Wang Zheng Bing1，2，3，萬(wàn)遠(yuǎn)揚(yáng)4

（1.華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200062；2.Delft University of Technology，Delft 2600 GA，the Netherlands；3.Deltares，Delft 2600 MH，the Netherlands；4.上海河口海岸科學(xué)研究中心，上海201201）

長(zhǎng)江河口的潮波傳播受到近岸及河口淺水地形及長(zhǎng)江徑流的顯著影響，表現(xiàn)出很強(qiáng)的時(shí)空變化特征。已有相關(guān)研究主要關(guān)注徐六涇以下的河口段，還缺少對(duì)河口系統(tǒng)的潮波特征分析。本文基于大通、南京、徐六涇和牛皮礁4站的年內(nèi)連續(xù)潮位資料，分析了主要天文分潮和淺水分潮的振幅沿程變化、季節(jié)變化特征和規(guī)律，認(rèn)識(shí)到洪季大徑流對(duì)江陰以上的近口段潮汐衰減作用顯著大于枯季，而河口段的平均潮差有一定的半年周期變化，年內(nèi)秋季最大?？趦?nèi)高頻淺水分潮振幅在河口下段最大，且洪季大于枯季，低頻淺水分潮則在河口上游振幅最大，由此反應(yīng)徑流對(duì)潮汐改造的非線性作用。這些認(rèn)識(shí)可為水道航運(yùn)及相關(guān)河口研究提供基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)。最后本文也指出關(guān)于長(zhǎng)江河口潮汐特征尚需進(jìn)一步研究的若干問(wèn)題，以期下一步工作取得相應(yīng)進(jìn)展。

長(zhǎng)江口；潮汐；徑流；潮差

我國(guó)的長(zhǎng)江河口是一個(gè)徑流和潮汐動(dòng)力作用為主的大型河口。河口上游邊界大通站實(shí)測(cè)日均徑流通常變化于10 000－60 000 m3/s之間，1950－2005年期間的多年平均值為28 600 m3/s，最大日均流量發(fā)生在1954年8月1日，峰值可達(dá)92 600 m3/s（沈煥庭，2001）。長(zhǎng)江口外海邊界為東海，東海前進(jìn)潮波上溯，直達(dá)六百多公里以上的大通，是為潮區(qū)界；而漲潮流影響則可達(dá)大通以下約405 km的江陰附近，是為潮流界（沈煥庭，2001）。傳統(tǒng)認(rèn)為，長(zhǎng)江口的平均潮差以攔門(mén)沙附近中俊站的平均潮差2.66 m為代表，因此定義其為中潮河口（mesotide，潮差2～4 m之間）。然而長(zhǎng)江河口口門(mén)處大潮潮差仍可達(dá)5 m（除北支外），潮流對(duì)長(zhǎng)江河口泥沙輸運(yùn)和地形塑造具有重要作用，因此長(zhǎng)江口也可以說(shuō)是一個(gè)強(qiáng)潮河口。強(qiáng)潮和徑流在長(zhǎng)達(dá)600多公里的長(zhǎng)江河口相互作用，使得該河口是研究徑流影響下的潮波傳播特征的典型區(qū)域。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于河口潮汐特征及徑流影響的研究為數(shù)眾多。Godin（1985，1999）研究表明了徑流對(duì)潮汐振幅的衰減作用和對(duì)高低潮相位的改變作用；Jay等（1997）和Jay等（2015）對(duì)Columbia河口潮汐的分析，量化了徑流對(duì)潮汐衰減的作用；Gallo等（2005）對(duì)Amazon河口的潮汐的調(diào)和分析表明M4振幅在口門(mén)淺水處達(dá)到最大，表明潮波變形最強(qiáng)，而MSf混合潮則會(huì)引起大潮平均水位高于小潮；Sassi等（2013）對(duì)Mahakam河口潮汐及徑流影響的研究也表明，底摩擦作用大潮大于小潮，導(dǎo)致河口上游大潮期間平均水位比小潮期間高。這些研究表明，潮波變形可以用淺水分潮（如M4、MS4、MSf等）的產(chǎn)生來(lái)表達(dá)，而淺水分潮的產(chǎn)生主要是由于潮汐動(dòng)力的非線性摩擦作用（Parker，1984，1991;Wang et al，1999）。

關(guān)于潮汐動(dòng)力及淺水潮汐變形的研究，在B.B.Parker編著的《潮汐動(dòng)力》（Tidal Hydrodynamics）一書(shū)中有多篇文章做了非常詳細(xì)的闡述（Parker，1991)；Wang等（1999）也具體分析了潮汐不對(duì)稱(chēng)（潮波變形的一種反應(yīng))產(chǎn)生的物理機(jī)制及一般特征，進(jìn)一步證明了非線性的平流及摩擦作用對(duì)潮波變形的重要影響，而徑流對(duì)潮汐的影響，則主要通過(guò)一個(gè)類(lèi)似于摩擦的機(jī)制得以實(shí)現(xiàn)（Horrevoets et al，2004;Savenije et al，2008;Cai et al，2012)。這些研究逐步加深了我們對(duì)河口潮汐現(xiàn)象及徑流作用的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也提出了一些新的問(wèn)題，比如：徑流大小對(duì)潮波衰減的作用是否可以定量分析，徑流對(duì)潮波變形的作用如何量化，徑流在大小潮之間的平均水位和最低水位的反轉(zhuǎn)中扮演了怎樣的角色等。對(duì)這些問(wèn)題的回答，有助于服務(wù)徑潮流相互作用下的河口潮汐的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、及認(rèn)識(shí)和水位變化有關(guān)的航道水深、河口生態(tài)、防洪等問(wèn)題。

關(guān)于長(zhǎng)江河口潮汐特征的研究也有一定的歷史。沈煥庭等（1988）和沈煥庭和潘定安（1979）較早分析了長(zhǎng)江河口的潮波和潮流特征，比如由東海至長(zhǎng)江口的潮波傳播方向（約305°）、傳播速度（26～41 km/h）、代表潮差（中俊站平均潮差2.66 m）、半日潮為主（振幅比（O1+K1）/（M2+S2）=0.35～0.4）、漲潮歷時(shí)往上游減小、大潮潮差往上游減小大于小潮、M4和MS4引起的潮波變形顯著等。谷國(guó)傳等（1988）分析了徑流對(duì)長(zhǎng)江口平均海面和潮差的關(guān)系。一方面東海水域年內(nèi)的平均海面夏季比冬季高25～35 cm，反映冬夏不同季節(jié)太陽(yáng)輻射和海水溫度及陸架環(huán)流的綜合影響。往上游至南京和蕪湖附近，受徑流影響的日均水位年內(nèi)變化范圍分別達(dá)450 cm和570 cm。對(duì)月均潮差的分析也表明，江陰以上洪季潮差小于枯季，而江陰以下則洪季大于枯季。李佳（2004）給出了吳淞以上的平均潮差變化，顯示出洪季潮差在江陰以上比枯季要小，江陰以下則洪枯季差別不顯著；其同時(shí)也指出長(zhǎng)江口上游段（江陰－鎮(zhèn)江以上）和下游段的潮汐性質(zhì)的季節(jié)性變化表現(xiàn)出相反的特征。比如，上游段漲潮歷時(shí)洪季大于枯季，潮差洪季小于枯季，而下游段正好與此相反，但沒(méi)有給出解釋。路川藤等（2010，2011，2009）用數(shù)學(xué)模型的方法研究了徑流影響下的潮汐傳播特征，表明主要天文潮在牛皮礁附近振幅最大，而M4和MS4潮在楊林附近振幅最大。楊正東等（2012）和劉新成等（1999）分析了徐六涇以下若干站的年內(nèi)潮差變化，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江河口3和9月份的平均潮差比其他月份要大，6和12月份的潮差年內(nèi)最小，但并沒(méi)有給出解釋。王彪等（2011）基于數(shù)學(xué)模型分析了長(zhǎng)河口南支以下河道的潮流不對(duì)稱(chēng)特征及影響因子。李國(guó)芳等（2006）和朱琰等（2011）初步探討了徑流影響下、江陰以上河段潮汐預(yù)報(bào)的可行性，基于統(tǒng)計(jì)分析，可以給出一些規(guī)律，但精度尚有待提高。Zhang等（2012）用潮波解析模型方法，研究了潮波在長(zhǎng)江河口不同汊道之間的傳播過(guò)程和特征；Guo等（2015）基于南京和徐六涇兩站的潮位數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江口潮波中低頻信號(hào)的顯著性，反映了潮波淺水變形以及徑流季節(jié)性變化的影響。Lu等（2015）基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和模型分析了長(zhǎng)江河口枯季的潮波傳播和M4引起的變形特征，認(rèn)識(shí)到河口內(nèi)淺水分潮振幅的顯著。Cai等（2016）采用解析模型，分析了引起長(zhǎng)江河口平均水位沿程變化的動(dòng)力原因，指出徑潮流相互作用在河口下游的重要性。長(zhǎng)江河口北支受徑流影響較小，加之喇叭形平面特征，時(shí)常出現(xiàn)涌潮（陳沈良等，2003;宋永港等，2011），顯著的區(qū)別于南支及其上游的潮汐特征。

以上簡(jiǎn)介可知，關(guān)有長(zhǎng)江河口江陰以上的潮汐特征研究較少，總體有一些定性認(rèn)識(shí)。而江陰以上河段徑流影響顯著，也因此該河段缺少潮汐預(yù)報(bào)?？紤]到水位變化對(duì)于河口生態(tài)環(huán)境、水道航運(yùn)等具有重要意義，本文在基于一般河口的潮汐特征的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析實(shí)測(cè)潮位數(shù)據(jù)，進(jìn)一步綜合分析了長(zhǎng)江河口作為一個(gè)系統(tǒng)的潮汐特征、潮波沿程衰減、徑流對(duì)潮汐衰減和變形的作用、高低頻倍潮和混合潮在河口內(nèi)的產(chǎn)生和沿程變化特征等。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源和分析

本研究收集了長(zhǎng)江河口2009－2010年的大通站日均水位和日均流量，及南京、徐六涇、牛皮礁3站的逐時(shí)連續(xù)水位資料，以及大通以下多站2009年洪季9月份和枯季1月份各一個(gè)月的水位資料（圖1），水位全部換算至吳淞基面。長(zhǎng)江口北支受徑流影響小，涌潮特征明顯，潮汐特征區(qū)別于南支就以上河段，因此本研究暫時(shí)沒(méi)有涉及北支潮汐特征。

鑒于長(zhǎng)江河口潮汐具有相對(duì)重要的低頻信號(hào)，首先基于逐時(shí)潮位數(shù)據(jù)計(jì)算得到日均水位（24～25 h平均）和大小潮平均水位（15日平均）過(guò)程，由此反映平均水位的低頻變化。此外由實(shí)測(cè)潮位計(jì)算日均潮差變化過(guò)程，計(jì)算方法參考Matte等（2013），即先對(duì)逐時(shí)水位進(jìn)行6 min間隔的插值，然后采用27 h的時(shí)間窗口逐時(shí)取水位最高和最低值，最高最低水位之差即為潮差。由此得到不同月份和大小潮的潮差變化特征。

圖1 長(zhǎng)江河口河勢(shì)和潮位站

各主要分潮的振幅和相位由調(diào)和分析方法得到，調(diào)和分析方法采用Pawlowicz等（2002）的T_TIDE函數(shù)，采用146分潮，實(shí)際分析出約67個(gè)分潮，根據(jù)此方法分析得到的主要分潮的振幅和相位誤差總體在5 cm和10°以?xún)?nèi)。為了應(yīng)對(duì)河口上游洪枯季平均水位差異以及洪枯季潮波衰減速率不一致的情況，設(shè)置不同的調(diào)和分析數(shù)據(jù)窗口。比如對(duì)一年的潮汐數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)和分析，得到的是年平均情況的分潮參數(shù)，不能反映洪枯季差異；對(duì)一個(gè)月的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到的是一個(gè)月平均情況的分潮參數(shù)，從而可以反映逐月平均的變化，缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)長(zhǎng)度限制了能夠分解分潮個(gè)數(shù)和影響一定的精度。

2 潮波分析結(jié)果

2.1 潮波基本特征

圖2所示為2009年一年的大通站徑流和河口3站的逐時(shí)潮位過(guò)程及日均潮位過(guò)程。由此可以看出：（1）洪季徑流增大，引起各站洪季平均水位顯著抬高，大通站洪季平均水位可比枯季高10 m，牛皮礁洪季比枯季高約0.5 m，即平均水位差異從上游往口外逐漸減?。唬?）南京站洪季高低潮位變化幅度顯著小于枯季，反映洪季潮差小于枯季；（3）在徑流變化不大的情況下，南京和徐六涇兩站小潮期間的最低水位低于大潮期間的最低水位，顯著的如2009年1－2月份；（4）南京和徐六涇兩站小潮期間的日平均水位低于大潮日平均水位，這在牛皮礁站并不明顯。這些水位變化特征，綜合反映了河口潮波變形及非恒定（non-stationary）徑流的影響。

圖3顯示的是洪季和枯季、大潮和小潮四種組合情況下48 h的連續(xù)水位過(guò)程。數(shù)據(jù)顯示：（1）從牛皮礁到南京，日潮差往上游逐漸減??；（2）潮汐日不對(duì)稱(chēng)明顯，表現(xiàn)為高高潮和低高潮現(xiàn)象，而低低潮和高低潮差異相對(duì)不明顯，原因是長(zhǎng)江口有顯著的全日潮（如O1和K1等）和半日潮（如M2和S2）之間的相互作用；（3）潮波變形明顯，往上游漲潮歷時(shí)從牛皮礁的6.2 h減小到南京的3.8 h，相應(yīng)的落潮歷時(shí)往上游逐漸增大，洪季小潮期間南京潮位幾乎不變，表明潮波至此幾乎衰減完全；（4）洪季大潮日潮差（圖3c）可能大于枯季大潮日潮差（圖3a）。這一現(xiàn)象在接下來(lái)的圖4中得到更好的顯示。這些潮波現(xiàn)象一方面反映外海潮波中不同分潮之間的作用的結(jié)果，同時(shí)也指示徑流對(duì)潮波衰減和變形的顯著影響，更多細(xì)節(jié)將在下文中給出。

圖2 （a）大通徑流，（b）大通以下多站的年內(nèi)逐時(shí)潮位過(guò)程和日均潮位過(guò)程（紅色粗實(shí)線）

圖3 南京、徐六涇和牛皮礁3站48 h連續(xù)潮位過(guò)程

圖4顯示的是牛皮礁、徐六涇和南京三站的年內(nèi)日均潮差過(guò)程。數(shù)據(jù)顯示：（1）大潮潮差顯著大于小潮潮差，原因是M2和S2潮之間的相互作用；（2）由牛皮礁到南京，大潮和小潮潮差往上游均減小，和底摩擦及徑流作用有關(guān)；（3）由牛皮礁往上游至南京，大潮潮差衰減速度大于小潮，原因是大潮潮流強(qiáng)，底摩擦作用大，導(dǎo)致大潮潮汐能量衰減更快；（4）相鄰兩個(gè)大潮的最大潮差或者相鄰兩個(gè)小潮的最小潮差并不相等，表現(xiàn)出月際的周期性變化，原因是M2和N2潮之間的相互作用；（5）牛皮礁站的潮差具有一定半年周期的變化，從而導(dǎo)致3、9月份大潮潮差最大、小潮潮差最小。相應(yīng)的5-6和12-1月份大潮潮差偏小、小潮潮差偏大。這與楊正東等（2012）的分析結(jié)果一致。這個(gè)半年周期的潮差變化，如果確實(shí)存在，和徑流的年內(nèi)變化相位卻不一致，表明是外海潮汐的影響。其一則可以解釋圖3所示洪季（如9月）大潮潮差比枯季（如12月）大潮潮差大的可能，另則需要解釋為什么會(huì)如此。一個(gè)方面的原因是外海潮波中含有顯著的半年周期的分潮信號(hào)Ssa（周期為182.62 d，見(jiàn)圖5），進(jìn)一步的問(wèn)題是為什么Ssa在長(zhǎng)江口外很顯著，其動(dòng)力原因是什么，亟需下一步研究回答。

圖4 南京、徐六涇和牛皮礁3站的日均潮差在2009年的年內(nèi)變化過(guò)程

圖5 調(diào)和分析得到的潮汐組分的振幅分布（頻率單位cph表示轉(zhuǎn)每小時(shí)（cycle per hour））

根據(jù)一年的潮汐數(shù)據(jù)調(diào)和分析結(jié)果，圖5所示為分析得到的部分主要分潮的頻率和振幅分布。從中可以看出，M2和S2、O1和K1分別是主要的半日潮和全日潮；M4、MS4和MN4是主要的四分之一日潮，其中以徐六涇站的四分之一日潮的振幅比其他站位都大。此外，低頻分潮，如MSf、MM、Ssa、Sa的振幅也不可忽略，甚至相對(duì)很大。這些低頻潮的振幅往上游逐漸增大，比如MSf潮（周期為14.76 D）在牛皮礁、徐六涇和南京的振幅分別為0.026 m，0.140 m，0.205 m；南京站Sa潮（周期為365.24天）的振幅達(dá)到1.9 m，其主要反映的是徑流引起的季節(jié)性平均水位的變化。注意到牛皮礁站的Sa潮振幅也有0.17 m。須知這些低頻信號(hào)反應(yīng)的是天文過(guò)程、海洋過(guò)程和徑流過(guò)程的綜合結(jié)果，因此如何區(qū)分這些過(guò)程的單獨(dú)作用，還需進(jìn)一步研究。

2.2 時(shí)空變化特征

長(zhǎng)江河口的空間尺度很大，大通以下至口外有近650 km的河道，該河道長(zhǎng)度要大于一個(gè)典型潮波的波長(zhǎng)（約400 km），外加地形和徑流作用，長(zhǎng)江河口潮波的時(shí)空變化特征明顯。長(zhǎng)江口潮波的空間變化表現(xiàn)為：（1）由海向岸至牛皮礁附近，平均潮差向陸逐漸增大，主要原因是向岸水深變小，潮波加強(qiáng)；由牛皮礁向口內(nèi)，潮差又逐漸減小，原因是底摩擦和徑流作用導(dǎo)致潮波衰減，即在牛皮礁附近的潮差在縱向沿程達(dá)到最大（除北支外）；（2）大潮期間，天文分潮振幅往上游衰減速度大于小潮；（3）M2和S2潮往上游衰減速度大于O1和K1潮，原因是分潮頻率越高，其振幅衰減速度越快；（4）洪季天文潮往上游衰減大于枯季，原因是洪季徑流增大，導(dǎo)致更多的潮汐能量衰減。

進(jìn)一步的，本文采用調(diào)和分析方法，分別基于30 d和180 d潮位數(shù)據(jù)窗口，對(duì)2009－2010兩年的數(shù)據(jù)進(jìn)行移動(dòng)調(diào)和分析，結(jié)果如圖6所示。從中可以看出：（1）基于30 d數(shù)據(jù)調(diào)和分析得到的分潮振幅具有顯著的半年際（如S2潮）和年際（如M2潮）的變化，而基于180 d的數(shù)據(jù)調(diào)和分析得到的振幅的時(shí)間變化更小，反映了潮汐非恒定的特征；（2）M2潮振幅在南京枯季大而洪季小，和洪季徑流大于枯季有關(guān)。在牛皮礁站則有一定的年周期變化，但和徑流的洪枯季變化相位不一致，或和東海入侵潮汐特征有關(guān)，尚需進(jìn)一步研究；（3）S2、O1和K1潮的振幅具有半年周期的變化，在牛皮礁站尤其明顯，且與徑流的季節(jié)性變化相位不相應(yīng)，或反映了3個(gè)分潮之間相互作用的影響。此外注意到，基于30數(shù)據(jù)的調(diào)和分析能夠分離出M2和S2潮，但卻不足以分離出更低頻和頻率更相近的分潮，因此圖6所示的分潮振幅的低頻變化，或也于此有關(guān)。這由此反映出傳統(tǒng)調(diào)和分析方法對(duì)非恒定徑流影響下的潮汐分析的局限性，即較短的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不足以準(zhǔn)確分離出足夠多的分潮，而較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度則難以揭示出潮汐的非恒定特征。

2.3 徑流對(duì)潮汐的影響

長(zhǎng)江徑流的季節(jié)性變化顯著，雖然目前定性的共識(shí)是洪季大徑流對(duì)潮波有顯著的衰減作用，但更具體，長(zhǎng)江的徑流變化對(duì)長(zhǎng)江河口的潮波傳播及變形的作用還缺少定量的分析。本文收集了2009年洪季9月（大通徑流43 000 m3/s）和枯季1月（大通徑流11 000 m3/s）多站點(diǎn)的潮位數(shù)據(jù)，調(diào)和分析得到如圖7顯示的洪季和枯季M2和M4潮的振幅和相位在大通以下的沿程變化，結(jié)合前面分析結(jié)果，可以看出：（1）洪季大徑流引起江陰以上M2分潮振幅比枯季小，江陰至南京河段的洪枯季M2振幅衰減速度分別為3.2和2.2 mm/km，反映河控特征；江陰附近以下的主要分潮振幅洪枯季差異相對(duì)不顯著，反映潮控特征；（2）M4潮的振幅在鎮(zhèn)江附近以上河段洪季小，而鎮(zhèn)江以下河段洪季反而大。關(guān)于這一點(diǎn)Guo等（2015）將其歸結(jié)為不同徑流影響下、潮波感受到的有效摩擦作用的差異，但具體作用和過(guò)程還需下一步研究。（3）M2潮的相位在江陰以上河段洪季大于枯季，越往上游越顯著，原因是受到洪季大徑流的滯后作用，而洪季大徑流對(duì)M4潮的相位影響相對(duì)較小，與M4潮的波長(zhǎng)較短有關(guān)。

為了定量分析徑流大小對(duì)潮波衰減和變形的作用，基于兩年的潮位數(shù)據(jù)，按照大通流量進(jìn)行分組，即10 000～15 000、15 000～20 000、20 000～25 000、25 000～30 000、30 000～35 000、35 000～40 000、40 000～5 000 m3/s，由此把不同徑流組分下的各站潮位單獨(dú)進(jìn)行調(diào)和分析，得到各徑流組分對(duì)應(yīng)的分潮振幅和相位，各徑流組分用該組的中間流量來(lái)代表，由此得到如圖8所示的南京和徐六涇兩站主要分潮的振幅隨徑流變化的過(guò)程。由于大通站10 000 m3/s以下及45 000 m3/s以上的徑流出現(xiàn)的幾率較小，限于數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，因此目前只分析了10 000－45 000 m3/s之間的特征。由圖可知：（1）南京站的M2和S2潮振幅隨徑流增大而衰減的平均速度分別為6.1和2.4 cm/10 000 m3/s，O1和K1潮的平均衰減速度分別為1.4和2.5 cm/10 000 m3/s；（2）徐六涇站M2和S2潮振幅隨徑流增大而衰減的平均速度為2.5和2.1 cm/10 000 m3/s，K1潮的平均衰減速度為1.8 cm/10 000 m3/s；O1潮振幅在徐六涇隨著徑流增大而略微增大，或反映了M2、O1和K1三者之間的相互作用和影響（因?yàn)镺1和K1的頻率之和正好等于M2的頻率）；（3）南京站的分潮振幅隨徑流增大而衰減的速度大于徐六涇；（4）南京站M4潮振幅隨徑流增大而減小，徐六涇站M4振幅隨徑流增大而增大，與圖7結(jié)果一致；（5）M4/M2的振幅比，在南京站隨著徑流增大而減小，在徐六涇站隨著徑流增大而增大，反映徑流增大、導(dǎo)致河口上游潮波相對(duì)變形程度減小，而河口下游潮波相對(duì)變形加劇。

圖6 基于30 d（粗線）和180 d（細(xì)線）潮位數(shù)據(jù)滑動(dòng)調(diào)和分析得到的主要潮汐組分的振幅在2009-2010年隨時(shí)間的變化：（a，b）牛皮礁；（c，d）徐六涇；（e，f）南京（圖（a）中牛皮礁的M2潮振幅被減去了0.5 m，以資對(duì)比）

圖7 洪枯季的M2和M4潮的振幅和相位及其兩者間的振幅比和相位差在洪枯季的沿程分布

圖8 主要日潮、半日潮和四分之一日潮組分在南京和徐六涇站隨徑流大小變化的關(guān)系。

3 結(jié)論和討論

3.1 潮波分析得到的啟示

以上關(guān)于長(zhǎng)江河口潮波特征的歸納分析顯示，江陰附近是長(zhǎng)江口潮汐特征一個(gè)很好的分界位置，體現(xiàn)在：（1）江陰以上平均河寬變化相對(duì)穩(wěn)定，江陰以下河道逐漸展寬；（2）江陰以上主要天文分潮受到徑流衰減的作用顯著，江陰以下則相對(duì)不顯著；（3）陰附近以上，大潮平均水位開(kāi)始顯著大于小潮平均水位，反映大小潮顯著的不對(duì)稱(chēng)特征；（4）江陰附近以上，M4潮振幅隨徑流增大而減小，江陰以下，M4潮振幅隨徑流增大而增大。綜合這些特征，可以把江陰看作長(zhǎng)江河口潮汐河流（河流段，tidal river）和潮汐河口（河口段，tidal estuary）的一個(gè)劃分界限。當(dāng)然，由于本文數(shù)據(jù)的站位分布密度有限，加之徑流變化范圍大，確切分界位置可能在江陰上下游附近，上至鎮(zhèn)江、下至徐六涇。

長(zhǎng)江河口以江陰為界的上下游不同潮汐特征，對(duì)認(rèn)識(shí)空間上的長(zhǎng)江河口潮汐及相應(yīng)的水動(dòng)力、泥沙輸運(yùn)和航運(yùn)等具有重要啟示意義。比如上下游不同的潮波變形和潮汐不對(duì)稱(chēng)特征，將引起相應(yīng)引起的泥沙余輸運(yùn)，進(jìn)而影響河床演變。在潮汐為主的河口段，漲落潮流最大流速和歷時(shí)的不對(duì)稱(chēng)，引起潮周期平均的泥沙余輸運(yùn)。徑流影響下的潮汐不對(duì)稱(chēng)引起的泥沙余輸運(yùn)是潮汐河口地貌演變的關(guān)鍵因子之一。對(duì)于河口上游段，雖然也有潮波變形及不對(duì)稱(chēng)的存在，但由于徑流作用為主，因此潮汐對(duì)泥沙余輸運(yùn)的貢獻(xiàn)不那么重要。雖如此，由于上游段低頻潮汐信號(hào)顯著，引起相應(yīng)的摩擦及水位變化，對(duì)水生態(tài)和環(huán)境的影響也值得進(jìn)一步關(guān)注。

3.2 結(jié)論

本文基于長(zhǎng)江河口實(shí)測(cè)徑流和若干站潮位資料，采用調(diào)和分析的方法，分析了潮波的一般特征及傳播過(guò)程中的變形和衰減特征，討論了潮波在時(shí)空上的變化，以及徑流對(duì)潮汐的定量影響，得到相關(guān)認(rèn)識(shí)和結(jié)論如下：

（1）長(zhǎng)江河口潮波具有顯著的低頻信號(hào)特征，和外海潮汐、河口潮波變形和徑流密切相關(guān)；

（2）長(zhǎng)江河口潮波變形顯著，徑流加劇了河口段（江陰附近以下）的潮波變形；

（3）長(zhǎng)江徑流強(qiáng)化了河口潮汐的非線性動(dòng)力過(guò)程，影響天文潮的衰減和淺水分潮的產(chǎn)生和傳播；

（4）以江陰附近位置分界，江陰以上為徑流作用為主、受潮汐影響的河流段，下游為潮汐作用為主、受徑流影響的河口段。

（5）M4、MS4和MN4等高頻淺水分潮的振幅在口外海域很小，在河口內(nèi)產(chǎn)生，在徐六涇附近振幅達(dá)到最大，往上游又逐漸減小；

（6）MSf、Mm、Ssa和Sa等低頻分潮的振幅在口外不可以忽略，反映海洋因素的影響；從口內(nèi)往上游振幅逐漸增大，反映上游徑流的影響。這些低頻分潮的存在，引起河口上游（江陰以上）河段的潮位具有顯著的半月和月際周期變化，比如大潮平均水位高于小潮；

（7）徑流大小影響淺水潮波的生成和衰減，河口段淺水潮波振幅隨徑流增大而增大，河流段（大通-江陰）反之。

以上認(rèn)識(shí)綜合了長(zhǎng)江河口受徑流影響的一般潮波特征，對(duì)其他類(lèi)似受到徑流和潮汐相互作用的河口具有啟示意義。

3.3 討論

雖然本文綜合了一般意義下長(zhǎng)江河口潮波特征的認(rèn)識(shí)，但由此也發(fā)現(xiàn)還有許多亟待研究的問(wèn)題，包括：長(zhǎng)江河口潮波由東海至上游完全衰減的全過(guò)程的細(xì)節(jié)，需要沿程更密集站位的水位資料分析；在已知大通徑流（通過(guò)水文預(yù)報(bào)）和外海潮波（通過(guò)潮汐預(yù)報(bào)）的情況下，江陰以上河段的潮水位是否可以預(yù)測(cè)？長(zhǎng)江河口上下游潮波變形不一致、低頻分潮的振幅在河口上游顯著增大的動(dòng)力機(jī)制是什么？長(zhǎng)江口門(mén)附近分汊河道之間的潮波有多大程度的相互影響？長(zhǎng)江口區(qū)的潮汐的長(zhǎng)時(shí)間（十年至百年）的變化特征如何？是否有隨著圍墾、疏浚等影響而存在平均水位、潮差、相位上的變化？此外如何更準(zhǔn)確的分析連續(xù)變化的徑流影響下的潮波特征，即如何應(yīng)對(duì)非恒定的潮汐現(xiàn)象（non-stationary river tide）也是亟待解決的問(wèn)題。Guo等（2015）采用小波分析的方法、Matte等（2013）提出改進(jìn)的調(diào)和方法用于分析非恒定徑流影響下潮汐特征，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，綜合不同方法以更好的揭示長(zhǎng)江河口的潮波特征及其作用機(jī)制是下一步要做的工作。這一方面需要更多站位、更長(zhǎng)系列潮汐數(shù)據(jù)的支持，同時(shí)還要結(jié)合東海潮汐特征、長(zhǎng)江河口地貌，綜合數(shù)據(jù)分析和潮汐模型方法，進(jìn)一步系統(tǒng)深入研究，從而為豐富河口動(dòng)力學(xué)及為相應(yīng)泥沙運(yùn)動(dòng)和地貌演變研究提供基礎(chǔ)。

致謝：本研究工作得到Mick van der Wegen，Dano Roelvink，和David A.Jay等的寶貴意見(jiàn)，特此致謝。

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Examination of tidal wave properties in the Yangtze River estuary

GUO Lei－cheng1,ZHU Chun－yan1,2,HE Qing1,WANG Zheng－bing1,2,3,WAN Yuan－yang4

（1.State Key Lab.of Estuarine and Coastal Research,East China Normal University,Shanghai 200062,China;2.Delft University of Technology,Delft 2600 GA,the Netherlands;3.Deltares,Delft 2600 MH,the Netherlands;4.Shanghai Estuarine&Coastal Science Research Center,Shanghai 201201,China）

The Yangtze River estuary(YRE)is influenced by a high and seasonally－varying river discharge and strong tides.The incoming tidal waves are modulated by river discharge and basin geometry,exhibiting strongly non－linear and non－stationary features.This study analyzed long time series of tidal water levels by harmonic analysis and explored the spatial and temporal variations of tidal ranges and tidal amplitudes of main astronomical and shallow water constituents.The obtained understandings of the tidal wave properties are to the benefit of tidal prediction and management of navigational channel depth and estuarine ecosystems.

Yangtze River estuary;tidal wave;river discharge;tidal range

P731.23

A

1001－6932（2017）06－0652－10

10.11840/j.issn.1001-6392.2017.06.007

2016－10－02；

2017－02－18

國(guó)家自然科學(xué)基金（51320105005；41506105）；中國(guó)博士后科學(xué)基金（2015M580306；2016T90351)；華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主課題（2015RCDW02）。

郭磊城（1985－)，博士，主要從事河口動(dòng)力和地貌研究。電子郵箱：leicheng120@126.com。

袁澤軼）