基于2022年9月短期資料的長江口外海域潮流特征分析

摘 要：本文采用潮流準(zhǔn)調(diào)和分析方法對(duì)長江口外海域2022年9月5個(gè)定點(diǎn)短期觀測(cè)資料進(jìn)行分析，計(jì)算6個(gè)主要分潮的調(diào)和常數(shù)、余流值及可能最大流速。結(jié)果表明，該海域?yàn)椴灰?guī)則半日潮淺海潮流，各層M2分潮流橢圓長軸基本沿水道走向，流向受到水道控制影響較大，運(yùn)動(dòng)形式以往復(fù)流為主；余流流速從表及底逐漸減弱，北港和北槽口外站位余流計(jì)算值相對(duì)較大，大部分呈自西向東；可能最大海流流向整體呈自西向東，北支口外C1站及其以東的F7站流速相對(duì)較強(qiáng)，南漕口外C4流速相對(duì)較小。結(jié)果可以為同期觀測(cè)的其他懸浮物分布及物質(zhì)輸運(yùn)提供動(dòng)力解釋。

關(guān)鍵詞：長江口外；準(zhǔn)調(diào)和分析；海流；余流

中圖分類號(hào)：P 717" " 文件標(biāo)志碼：A

長江口位于上海市北部，江蘇常熟市白茆河口至海門市一線以東，橫沙島東端以西，是長江在東海入?？诘囊欢嗡騕1]。隨著長江口外大規(guī)模的促淤圍墾工程和深水航道治理等重大河口海岸工程的實(shí)施，不斷改變?cè)摵Ｓ虻乃畡?dòng)力條件變化。為進(jìn)一步促進(jìn)長江河口海域資源合理高效保護(hù)和利用，推動(dòng)現(xiàn)代海洋城市建設(shè)，有必要在長江河口海域進(jìn)行空間上和時(shí)間上的綜合觀測(cè)和研究，深化認(rèn)識(shí)陸海相互作用的特點(diǎn)，為本市海域使用、海洋生態(tài)保護(hù)修復(fù)、海洋災(zāi)害防御等領(lǐng)域提供科學(xué)依據(jù)。

長江河口海域具有三維強(qiáng)潮特征已經(jīng)獲得了較為普遍的共識(shí)[2-3]。2022年夏季長江流域遭遇自1961年以來最嚴(yán)重的氣象干旱事件，該事件持續(xù)時(shí)間長、影響范圍廣、干旱強(qiáng)度大，流域內(nèi)多站高溫，降水量突破歷史極低值，出現(xiàn)全流域中旱、部分地區(qū)重旱，汛期發(fā)生流域性嚴(yán)重枯水，上游三峽水庫入庫徑流量均較往年明顯偏少，中下游干流河道徑流量顯著減少，為歷史最小值。自2022年9月初起，上海市部分水源地也遭遇罕見夏季咸潮。因此，開展當(dāng)年度長江口外海洋水文調(diào)查監(jiān)測(cè)與分析研究，對(duì)該區(qū)域海洋水文特征分析評(píng)價(jià)、長江口水源地咸潮應(yīng)急監(jiān)測(cè)與預(yù)警預(yù)報(bào)具有一定實(shí)際意義。本文通過2022年9月長江口外海域短期實(shí)測(cè)資料，描述該海域潮流特征，以期加深對(duì)本市近海海域海洋動(dòng)力特征的了解和認(rèn)識(shí)。

1 資料與方法

1.1 資料

本文數(shù)據(jù)資料來源于上海市海洋監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心部門預(yù)算2022年海洋水文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集項(xiàng)目。觀測(cè)站位信息如圖1和表1所示，觀測(cè)時(shí)間為9月20日07：00至9月21日10：00（農(nóng)歷八月廿六至廿七）、9月22日15：00至9月23日17：00（農(nóng)歷八月廿七至廿八）、9月27日06：00至9月28日09：00（農(nóng)歷九月初二至初三），在觀測(cè)時(shí)段經(jīng)歷1次小潮-大潮-小潮過程。觀測(cè)儀器統(tǒng)一選用TRDI公司600k ADCP，連續(xù)觀測(cè)28h，每隔15min記錄1次數(shù)據(jù)，每次采樣時(shí)間為180s。為消除鐵質(zhì)船對(duì)ADCP磁場(chǎng)的干擾影響，保證測(cè)流準(zhǔn)確性和測(cè)驗(yàn)精度，配置滿足要求的外接GNSS羅經(jīng)，測(cè)前做好了安裝偏置校驗(yàn)。

1.2 方法

根據(jù)潮流準(zhǔn)調(diào)和分析原理，通過不引入差分比的方法[4-6]對(duì)上述潮流觀測(cè)資料進(jìn)行準(zhǔn)調(diào)和分析，計(jì)算得到O1（太陰主要分潮）、K1（太陰—太陽赤緯全日分潮）、M2（太陰主要半日分潮）、S2（太陽主要半日分潮）、M4（太陰淺水1/4日分潮）、MS4（太陰、太陽淺水1/4日分潮）等6個(gè)主要分潮流的調(diào)和常數(shù)。在本次準(zhǔn)調(diào)和分析過程中，采用文獻(xiàn)[3]舟山海域的差比關(guān)系，HK1/HO1=1.59，gK1-gO1=45，HS2/HM2=1.43，gS2-gM2=46，HMS4/HM4=0.86，gMS4-gM4=46。在此基礎(chǔ)上得到主要分潮與主要半日分潮振幅比F計(jì)算值（F=（WO1+WK1）/WM2）、

淺水分潮與主要半日分潮振幅比G計(jì)算值（G=（WM4+WMS4）/WM2）以及余流和可能最大流速分析計(jì)算，進(jìn)而討論該海域潮流特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 潮流性質(zhì)

計(jì)算獲得的各站位分層潮流性質(zhì)F值和G值見表2和表3。根據(jù)《海港水文規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[4-6]，當(dāng)F≤2.0時(shí)，潮流性質(zhì)為半日潮，其中，F(xiàn)≤0.5，潮流性質(zhì)為規(guī)則半日潮，F(xiàn)＞0.5，潮流性質(zhì)為不規(guī)則半日潮。各站位的F值均介于0.15～0.50，各站位潮流性質(zhì)為正規(guī)半日潮流。

由于淺海中淺水分潮流占有一定比重，因此，在劃分潮流性質(zhì)是還必須考慮淺水分潮流的影響，通常以0.04為界作為判斷依據(jù)[4-6]。各站位的G值均大于0.04，除C3站的G值在0.06～0.08，F(xiàn)7站的0.6H層為0.07，其余G值均在0.13以上，說明各站位的淺水分潮作用顯著，這與以往的研究結(jié)果一致[7-9]。該區(qū)域近年來潮流性質(zhì)保持不變。

2.2 潮流運(yùn)動(dòng)形式

計(jì)算獲得的各站位橢球率計(jì)算值見表4。根據(jù)《海港水文規(guī)范》規(guī)定[6]，0≤|k|＜1，|k|值越大潮流的旋轉(zhuǎn)形態(tài)越強(qiáng)，反之往復(fù)流性質(zhì)越顯著。|k|小于0.5，潮流運(yùn)動(dòng)形式以往復(fù)流較為顯著。k值符號(hào)為“+”，說明旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針；k值為“-”，說明旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針。各站位的橢球率絕對(duì)值均小于0.52，往復(fù)流性質(zhì)比較顯著。以往的研究顯示，該海域以往復(fù)流為主，這與以往的研究結(jié)果一致[7-8]。

各站位M2分潮潮流橢圓常數(shù)計(jì)算值見表5和表6。通過對(duì)比各站位M2分潮潮流橢圓長軸W和短軸w，北支口外C1、北港外C2、北漕外C3的長軸和短軸差值（W-w）明顯大于北漕口外C4、北支口門外C1以東的F7，說明北支口外、北港外、北漕外的區(qū)域潮流動(dòng)力明顯比南漕口外和北支口門外以東海域強(qiáng)。橢圓長軸傾角q均在111°～144°，C1站表層橢圓長軸傾角小于底層，說明觀測(cè)期間該水道上層潮流的變化要稍先于底層流的變化。表層流受到風(fēng)、潮動(dòng)力、波浪、海底摩擦、海底地形及海岸線分布等多種因素的影響，具體動(dòng)力機(jī)制還需要收集資料進(jìn)一步探討。F7站表層傾角大于底層，觀測(cè)期間該區(qū)域底層的變化要稍先于表層流的變化，造成該現(xiàn)象的原因可能與該區(qū)域的地形地貌特征有關(guān)[2]，后續(xù)還需要開展或收集地質(zhì)勘察資料，結(jié)合其他方法繼續(xù)探討；其余各站的橢圓長軸傾角差值均在2°，上層潮流的變化幾乎同步于底層流。

2.3 余流

余流一般指實(shí)測(cè)海流扣除周期性潮流后的剩余部分，其形成原因主要為風(fēng)、徑流、海水密度及海面坡度等，往往指示水沙運(yùn)移的方向[6]。各站位、各潮次余流計(jì)算值見表7。

各站位由于所處位置、自然地理?xiàng)l件、水文條件各有不同，位于北漕外、橫沙新洲東南側(cè)的C3站的余流流速相對(duì)較大，該站點(diǎn)垂線平均流速在22.4cm/s以上，其垂線平均流速在大潮達(dá)到35.0cm/s；位于北港外、橫沙新洲東北側(cè)的C2點(diǎn)大潮時(shí)余流流速也相對(duì)較大，垂線平均流速達(dá)到33.7cm/s。

位于北支口外的C1站大、中、小潮余流流向均在217°～339°，大體上呈自東向西，說明觀測(cè)期間潮流作用強(qiáng)于徑流作用；C2站大中小潮余流在83°～155°，大體上呈自西向東，說明觀測(cè)期間徑流作用強(qiáng)于潮流作用；C3站大中小潮余流方向在122°～162°，大體上呈自西向東；位于南槽口外、南匯東灘以東的C4站小潮的余流流向在197°～271°，大體上呈自東向西，大中潮的余流流向分別在9°～40°和106°～145°（除底層為334.4°），大體上呈為自西向東；F7站大小潮余流流向分別在172°～178°和119°～170°，大體上呈自西向東，中潮為在183°～246°，大體上呈自東向西。

與此同時(shí)，參考文獻(xiàn)[2]、文獻(xiàn)[3]、文獻(xiàn)[7]、文獻(xiàn)[8]等，本文涉及的2022年9月資料與2008年、2016年、2018年、2020年同時(shí)期同區(qū)域的余流資料相比，流速均有一定程度減小。原因可能在于2022年夏季長江遭遇嚴(yán)重氣象干旱，汛期發(fā)生流域性嚴(yán)重枯水，上游三峽水庫入庫和中下游干流河道徑流量均較往年顯著減少，為歷史最小值，具體動(dòng)力過程可能后續(xù)還需收集相關(guān)資料進(jìn)一步研究。

2.4 可能最大海流流速

最大流速對(duì)海上生產(chǎn)活動(dòng)和海洋工程建設(shè)等具有制約作用，可為海洋工程施工和運(yùn)維提供有用信息[7-8]。各站位的可能最大海流流速計(jì)算值見表8。各站位的可能最大海流的垂線平均流速在105.4cm/s～177.1cm/s，流向?yàn)?20°～137°，整體呈自西向東。其中C1站流速相對(duì)較大，垂線平均流速達(dá)177.1cm/s；C4站流速相對(duì)較小，為105.4cm/s。觀測(cè)期間正值農(nóng)歷八月底至九月初，正值汛期，徑流作用相對(duì)較強(qiáng)，流向呈自西向東。

與此同時(shí)，參考文獻(xiàn)[2]、文獻(xiàn)[3]、文獻(xiàn)[7]、文獻(xiàn)[8]等，本文涉及的2022年9月資料與2008年、2016年、2018年、2020年同時(shí)期同區(qū)域的可能最大海流流速資料相比，流速均有一定程度減小，原因可能與2022年長江流域氣象干旱和徑流量減少有一定關(guān)聯(lián)。

3 結(jié)語

本文對(duì)長江口外5個(gè)定點(diǎn)水文垂線的大、中、小潮海流數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)調(diào)和分析、對(duì)余流和可能最大流速進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。1）該海域潮流類型比較穩(wěn)定，以M2分潮為主，具有明顯的正規(guī)半日潮特征，往復(fù)流性質(zhì)比較顯著，淺水分潮作用有一定影響。結(jié)合觀測(cè)站位特殊的地形考慮，復(fù)雜地形對(duì)當(dāng)?shù)睾Ａ饔幸欢ㄓ绊憽?）在各站位余流計(jì)算結(jié)果方面，余流從表及底逐漸減弱。本海域北漕口門外C3站余流流速較大。位于北支口外的C1站的所有潮次，C1站以東F7站的中潮時(shí)段，南漕外、南匯東灘以東的C4的小潮時(shí)段，余流流向?yàn)樽詵|向西，其他的余流流向均為自西向東。3）在各站位可能最大海流計(jì)算結(jié)果方面，最大海流從表及底逐漸減弱。各站位可能最大海流流向自西向東，北支口外C1站及其以東的F7站流速相對(duì)較強(qiáng)；南漕外、南匯東灘以東的C4流速相對(duì)較小。各站位的可能最大海流垂線平均流速在105.4cm/s～177.1cm/s，方向整體呈自西向東。

以上結(jié)論提供長江口外海域的海流特征，可為同期觀測(cè)的物質(zhì)輸運(yùn)提供動(dòng)力解釋，同時(shí)也該年度長江口水源地咸潮預(yù)警預(yù)報(bào)提供數(shù)據(jù)支撐，為相關(guān)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和校準(zhǔn)。

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