冉 琦

南京大學(xué)海岸與海島開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210093 (南京大學(xué)海岸海洋科學(xué)系，江蘇南京210093)

江蘇近海物理海洋與海洋氣象的時(shí)空分布特征

冉 琦

南京大學(xué)海岸與海島開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210093 (南京大學(xué)海岸海洋科學(xué)系，江蘇南京210093)

以江蘇近海調(diào)查取得的冬季和夏季ADCP、CTD數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用GIS方法分析了江蘇近海水溫的平面分布特征，并在Arcgis平臺(tái)上繪制了江蘇近海海流的矢量圖,以此對(duì)江蘇近海的水溫、海流等海洋物理要素的時(shí)空分布特征和相互關(guān)系進(jìn)行了綜合分析。結(jié)果表明, 江蘇近海物理環(huán)境可以分為3大區(qū)域：廢黃河口以北的北部海區(qū)，中部輻射沙洲海區(qū)和南部長江口附近海區(qū)。

江蘇近海；時(shí)空分布；海洋物理要素

江蘇近海是支撐江蘇經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要海域，對(duì)其海洋物理要素時(shí)空分布特征的分析,是進(jìn)行相關(guān)海洋科學(xué)研究、數(shù)值計(jì)算與預(yù)報(bào)及海洋制圖過程中非常重要的步驟[1]。對(duì)海洋物理環(huán)境要素分布特征的詳細(xì)了解不僅有助于揭示其海洋環(huán)境演變的規(guī)律，保障海洋環(huán)境質(zhì)量與漁業(yè)資源安全，服務(wù)國防安全和維護(hù)海洋權(quán)益，同時(shí)也將豐富全球變化研究的基礎(chǔ)理論，并為建立具有區(qū)域特色的海洋環(huán)境演變理論體系奠定基礎(chǔ)[2]。

我國曾在20世紀(jì)50年代和80年代對(duì)江蘇近海進(jìn)行大規(guī)模的調(diào)查[3],目前正在進(jìn)行的江蘇近海海洋綜合調(diào)查與評(píng)價(jià)，作為908調(diào)查的一部分，是本世紀(jì)開展的首次大規(guī)模調(diào)查。筆者根據(jù)江蘇近海調(diào)查結(jié)果, 對(duì)江蘇近海冬夏季節(jié)的海洋物理環(huán)境要素的時(shí)空分布特征進(jìn)行初步分析，為江蘇近海海洋環(huán)境演變及各海洋要素的生物過程、化學(xué)過程和沉積過程的深入研究提供參考。

1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域?yàn)榻K沿海近海區(qū)域(119°30’～122°00’E, 31°40’～35°10’N)。該區(qū)以季風(fēng)氣候?yàn)橹鳎幱谂瘻貛虮眮啛釒н^渡區(qū)域，受海洋性和大陸性氣候雙重影響[4]。歷史上長江黃河的入海徑流對(duì)塑造江蘇海岸地貌起到了重要作用，豐富的泥沙供應(yīng)使得江蘇沿岸基本為淤泥質(zhì)海岸[5]。研究海區(qū)主要受潮汐作用影響，北部除了無潮點(diǎn)附近為不正規(guī)日潮外，其余多屬不正規(guī)半日潮，小部分區(qū)域是正規(guī)半日潮；南部海區(qū)受東海傳來的前進(jìn)駐波影響，多為正規(guī)半日潮[6]。江蘇沿岸南部海域平均潮差為2.5～4m。北部海域在無潮點(diǎn)附近的平均潮差只有0.1m。瓊港與小洋港一帶為該海區(qū)潮差最大區(qū)，平均潮差可達(dá)3.9m以上，長沙港北達(dá)6.45m，東沙為5.44m[3]。

2 數(shù)據(jù)來源和研究方法

數(shù)據(jù)來源于2006-07-17～2007-08-11以及2006-12-21～2007-01-25兩個(gè)航次所獲得的江蘇近海調(diào)查的ADCP和CTD數(shù)據(jù)(ADCP為聲學(xué)多普勒流速剖面儀；CTD為溫鹽深儀)。采用等距離布點(diǎn)法設(shè)置測站69個(gè)，利用ADCP測量獲得各個(gè)站點(diǎn)的流速剖面，利用CTD獲取各站點(diǎn)溫度、鹽度、密度剖面，同時(shí)對(duì)水色、能見度、波浪狀況等進(jìn)行觀測。

對(duì)海水溫度、鹽度、密度以及流速數(shù)據(jù)的分析步驟主要為：

1)數(shù)據(jù)預(yù)處理 首先對(duì)原始ADCP和CTD數(shù)據(jù)資料數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)過濾(要計(jì)算原始觀測資料的標(biāo)準(zhǔn)偏差)。當(dāng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差超出給定的范圍(±2×標(biāo)準(zhǔn)偏差)時(shí)，該數(shù)據(jù)點(diǎn)被剔除，重新計(jì)算平均值。上述過程重復(fù)進(jìn)行，直到所有數(shù)據(jù)均滿足給定的極限要求[7]。

2)獲得結(jié)果數(shù)據(jù) 預(yù)處理之后得到可直接利用數(shù)據(jù)表格，這主要是各個(gè)站點(diǎn)的由表層至底層及垂線平均流速流向，各水深層的溫度、鹽度、密度及電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，以及相關(guān)的海面氣象狀況和經(jīng)緯度等。將結(jié)果數(shù)據(jù)作為各個(gè)站點(diǎn)的屬性數(shù)據(jù)輸入已有的數(shù)字地圖。

3)地理空間分析 利用數(shù)字化的江蘇近海地形圖，以Arcgis為軟件平臺(tái)，采用克里格插值(Kriging)法對(duì)各個(gè)站點(diǎn)的水溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行表面分析，得到冬夏季節(jié)的等溫線圖。由于研究區(qū)域過大，樣點(diǎn)少，使得等值線圖難以精確，因此只能大體反映其表面分布特征。另外在Arcgis平臺(tái)下，將各個(gè)站點(diǎn)的垂線平均流速流向表示為矢量圖形得到近海潮流分布圖。

3 結(jié)果及討論

3.1海水溫度時(shí)空分布特征

在Arcgis軟件平臺(tái)上用克里格插值(Kriging)法得到的江蘇近海冬夏季節(jié)等溫線圖, 由于研究區(qū)域過大，樣點(diǎn)少，使得等值線圖難以精確，因此只能大體反映其表面分布特征，尚需用客觀分析的方法反映研究區(qū)溫度變化特征[8]。夏季江蘇近海表層溫度分布大致以廢黃河口和呂四港為界，分為3個(gè)明顯的特征海域：北部是廢黃河口以北海州灣海域，溫度由近岸向海沿緯線方向呈遞減趨勢；中部為輻射沙洲海域，在近海附近存在一個(gè)高溫中心，水溫向四周降低；南部為長江口附近海域，水溫分布類似于北部海區(qū)，水溫自陸向海沿經(jīng)線呈遞減趨勢。冬季以廢黃河口為界，南部和北部海區(qū)溫度都呈向海遞增趨勢，而南部輻射沙洲海區(qū)的近岸水溫要低于北部近岸水溫約2℃左右，長江口水域區(qū)別于中部的溫度分布特征消失。中部輻射沙洲群水域的水溫與整個(gè)海區(qū)相比，夏季高出3℃左右，冬季要低2℃左右，水溫年較差大，升降溫過程也較其他水域快。

分別從江蘇近海南部選取31°50’緯線附近，即南部崇明島向東一線的6個(gè)站位的表溫?cái)?shù)據(jù)；中部選取31°40’緯線附近，即射陽河口以東一線的5個(gè)站位的表溫?cái)?shù)據(jù)；北部選取35°緯線附近，海州灣以東的5個(gè)站點(diǎn)的表溫?cái)?shù)據(jù)，由其溫度變化反應(yīng)出水溫自陸向海的分布格局以及其季節(jié)變化規(guī)律。

整個(gè)江蘇近海冬季水溫由近岸向海基本呈遞增趨勢(見圖1)。南部的幾個(gè)站點(diǎn)集中在長江口海域，遞增趨勢不明顯，并且在JS-22點(diǎn)出現(xiàn)一個(gè)異常高溫點(diǎn)，中部近海岸的一個(gè)站點(diǎn)水溫偏高，其他站點(diǎn)基本符合由陸向海的遞增趨勢。水溫向海遞增的強(qiáng)度在南部大約0.013℃/km，在中部大約0.017℃/km，在北部大約0.035℃/km。整個(gè)江蘇近海夏季水溫由近岸向海呈遞減趨勢(見圖2)，中部的幾個(gè)站點(diǎn)呈現(xiàn)先遞增后遞減，水溫在最高點(diǎn)為JC-HH151。水溫向海遞減的強(qiáng)度在南部大約0.1℃/km，在中部大約0.06℃/km，在北部大約0.06℃/km，南部向海的增溫強(qiáng)度要大于中部和北部，夏季的溫度變化強(qiáng)度也要遠(yuǎn)高于冬季。

圖1 冬季水溫向海變化趨勢如圖 圖2 夏季水溫向海變化趨勢如圖

沿著江蘇海岸線由北向南選取12個(gè)站點(diǎn)的冬夏季節(jié)表溫?cái)?shù)據(jù)，冬季溫度變化曲線(見圖3)表明, ZD-SB286點(diǎn)以南表溫向南遞增，以北除去在JC-HH151和JC-HH218點(diǎn)出現(xiàn)2個(gè)峰值外，以ZD-SB286為拐點(diǎn),大致向南呈遞減趨勢。ZD-SB286位于瓊港正東方向海域，為輻射沙洲交匯的核部。JC-HH151和JC-HH218兩個(gè)高溫極值點(diǎn)大致位于繡針河口和射陽河口附近海域。夏季溫度變化曲線在JC-HH244站點(diǎn)達(dá)到峰值(見圖4)，向南北兩側(cè)溫度大致呈遞減趨勢。峰值點(diǎn)在江蘇中部偏南沿海，大致在王港以東附近海域。以上結(jié)果表明中南部輻射沙洲海域冬季為低溫區(qū)，夏季為高溫區(qū)，水溫季節(jié)變化幅度最大；南部長江口附近水域則相反。

圖3 江蘇沿岸溫度冬季變化趨勢 圖4 江蘇沿岸溫度夏季變化趨勢

3.2近海潮流分布特征

圖5 江蘇沿岸溫度冬季潮流形式圖6 江蘇沿岸溫度夏季潮流形式

采用各個(gè)站點(diǎn)的垂線平均流速流向來反映近海水流輸送特征。冬季北部海州灣海域以離岸流為主(見圖5)，大致以東北向離岸流為主導(dǎo)，從廢黃河口向南輸送的沿岸流在射陽河口附近與由南向北的近岸流交匯。中部輻射沙洲海域近岸水域?yàn)橛杀毕蚰系牡土魉傺匕读?，瓊港以北受輻射沙洲槽脊地形影響，北東向的高流速離岸流與南西向的相對(duì)低速的向岸流相互交匯，大致以122°經(jīng)線為界，西側(cè)以向岸流為主，東側(cè)以離岸流為主。長江口附近為向南的沿岸流，在長江口北支，有流速很大的入海水流。

北部海州灣在夏季以離岸流為主(見圖6)，與其他海區(qū)相比流速較小，平島以東以近正東向的離岸流為主，平島以南主要為北向的沿岸流。在南部輻射沙洲海區(qū)，近岸盛行南向沿岸流，一直延伸到長江口附近，流速向岸變大。瓊港以東輻射沙洲外緣存在北東向的離岸流[9]。前人研究認(rèn)為，江蘇近岸水域的水流狀況，除了受到外海的旋轉(zhuǎn)潮波和東海前進(jìn)潮波的影響外，亦受到海岸輪廓的影響。此外，岸外輻射沙洲的存在明顯的影響了近海潮流狀況[10]。一般可把江蘇近海水域分為2部分，即射陽河口以北海岸比較開敞的部分和射陽河口以南有潮流脊掩護(hù)的部分[3]，這與筆者對(duì)江蘇近海潮流變化的研究結(jié)果有一定的吻合。

4 結(jié) 論

江蘇近海水水溫物理環(huán)境可以分為3大區(qū)域：廢黃河口以北的北部海區(qū)、輻射沙洲海區(qū)和長江口附近海區(qū)。北部水溫緯向變化趨勢比較明顯，自陸向海變化趨勢規(guī)律性強(qiáng)，并且各類等值線分布稀疏,要素變化比較緩和且季節(jié)差異小，具有開闊海域的物理海洋特征[11]。中部輻射沙洲海區(qū)具有十分特殊的海洋物理特性，各要素冬夏變化很大，該海區(qū)冬季為低溫中心，夏季為高溫中心，溫度等要素季節(jié)變化幅度很大，海流也最為復(fù)雜。南部長江口附近海域各要素經(jīng)向變化規(guī)律較為明顯，由輻射沙洲南緣到長江口北各要素向南有明顯的規(guī)律性變化，一些要素受到長江徑流影響強(qiáng)烈。

江蘇近海各物理海洋要素相關(guān)性較大[12]，例如表層水溫與氣溫，風(fēng)速風(fēng)向與流速流向，云量與能見度，水溫與鹽度等，這些要素之間相互作用的過程以及動(dòng)力機(jī)制，將在以后的工作中進(jìn)一步研究。

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[編輯] 易國華

2009-08-12

冉琦(1984-)，男，2007年大學(xué)畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)主要從事海洋地質(zhì)方面的研究工作。

P731.2；P733

A

1673-1409(2009)04-N039-04