趙玉喜, 王珍巖, 3, 4

春季長江沖淡水在口門外海域逐月變化及其影響因素分析

趙玉喜1, 2, 王珍巖1, 2, 3, 4

(1.中國科學(xué)院 海洋研究所 海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071; 2.中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049; 3.青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室 海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071; 4.中國科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心, 山東 青島 266071)

利用2015年4、5、6月在長江口外開展綜合海洋調(diào)查獲取的實(shí)測數(shù)據(jù), 分析春季口門外海域長江沖淡水(Changjiang diluted water, CDW)時(shí)空分布特征及擴(kuò)散過程, 并結(jié)合同期的多源環(huán)境觀測數(shù)據(jù), 探討各環(huán)境動(dòng)力因素對(duì)春季長江沖淡水分布的影響, 深化對(duì)沖淡水在口門外海域擴(kuò)展及其動(dòng)態(tài)變化的認(rèn)識(shí)。觀測結(jié)果顯示, 2015年春季長江沖淡水的擴(kuò)散范圍逐月增大, 主體最遠(yuǎn)可到達(dá)123°E以東海域, 其逐月變化主要受控于口外水文氣象環(huán)境。長江徑流量大小決定了沖淡水出口門后的分布范圍以及表層水鹽度, 風(fēng)向則控制沖淡水的擴(kuò)展態(tài)勢。在風(fēng)場與徑流的共同作用下, 春季口門外海域長江沖淡水的擴(kuò)散呈現(xiàn)三種模式: 4月份的順岸南下型(冬季型)、5月份的東北轉(zhuǎn)向型(過渡型)和6月份的東南-東北雙向分支型(夏季型)。春季臺(tái)灣暖流深層水已到達(dá)長江口外海域, 與表層沖淡水層相互作用較弱, 但隨著上升流的逐月增強(qiáng), 其與上層低鹽沖淡水之間的躍層效應(yīng)愈發(fā)顯著, 一方面抑制長江沖淡水的向下擴(kuò)展, 同時(shí)上升流的涌升也減薄了沖淡水的厚度。再懸浮泥沙向上擴(kuò)散的厚度顯示出春季潮混合過程難以影響至表層, 但在大潮情況下, 水位波動(dòng)變化更為劇烈, 使外海高鹽海水向陸上溯更遠(yuǎn), 導(dǎo)致5月份12250E斷面的水體鹽度整體相對(duì)較高。

長江沖淡水; 口門外海域; 逐月變化; 春季; 實(shí)地調(diào)查

長江口瀕臨我國東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū), 受海陸相互作用影響強(qiáng)烈。巨量長江徑流入海后與海水混合, 因密度較小而漂浮在海水之上, 呈羽狀向外海擴(kuò)展, 形成“長江沖淡水”[1-2], 一般以鹽度5～31作為其影響范圍, 鹽度26作為其主體的界線值[3-4]。長江徑流和口門外環(huán)流體系的相互作用導(dǎo)致長江口海域懸浮泥沙沉降和再懸浮等沉積過程十分復(fù)雜[5-6]。徑流入海帶來豐富的營養(yǎng)物質(zhì)影響鄰近海域浮游生物生長[7], 同時(shí)也帶來大量的微塑料等污染物[8], 對(duì)長江口及其鄰近海域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生重要影響。

長江沖淡水是楔入黃、東海的一個(gè)重要水團(tuán)。沖淡水轉(zhuǎn)向是影響其在口門外海域(以20 m等深線為界, 約122.5°E以東)擴(kuò)展分布的關(guān)鍵過程, 隨季節(jié)變化表現(xiàn)為兩種典型的擴(kuò)展路徑: 冬季, 沖淡水貼岸南下, 與浙閩沿岸流銜接, 向南擴(kuò)散[9]；夏季, 沖淡水主體出口門后轉(zhuǎn)向東至東北, 直指濟(jì)州島海域[3]。長江口門外海域水文動(dòng)力環(huán)境復(fù)雜, 沖淡水入海后擴(kuò)展形態(tài)多變, 前人多采用數(shù)值模擬、渦度計(jì)算等理論研究方法探討影響長江沖淡水?dāng)U散分布的環(huán)境動(dòng)力因素[3, 10-13], 但目前各因素對(duì)沖淡水?dāng)U展路徑及其形態(tài)的影響尚未得到統(tǒng)一認(rèn)識(shí), 而簡化的環(huán)境動(dòng)力過程分析所得結(jié)果也需更多的實(shí)際觀測和多學(xué)科調(diào)查資料進(jìn)行驗(yàn)證。

前人有關(guān)河口區(qū)長江沖淡水分布的調(diào)查多集中在冬、夏季節(jié), 調(diào)查范圍大多局限于口門附近海域, 缺乏對(duì)其沖出口門后在口門外海域分布和擴(kuò)展過程的調(diào)查資料。春季是長江徑流由枯季(11月—4月)轉(zhuǎn)為洪季(5月—10月)的過渡季節(jié), 此時(shí)長江沖淡水出口門后由順岸南下逐漸轉(zhuǎn)為向東或東北方向擴(kuò)展, 其在口門外的分布是該海域環(huán)境動(dòng)力因素綜合作用的結(jié)果。本文利用2015年春季在長江口門外海域兩條斷面上開展逐月(4、5、6月)調(diào)查的實(shí)測資料, 刻畫春季長江沖淡水在口門外海域的分布特征及其轉(zhuǎn)向變化過程, 結(jié)合同期的多源動(dòng)力環(huán)境觀測數(shù)據(jù), 通過現(xiàn)場資料探討各動(dòng)力因素對(duì)春季長江沖淡水在口門外海域分布的影響。該研究對(duì)于深入理解長江沖淡水在河口海域分布形態(tài)和擴(kuò)展過程的控制機(jī)制以及相關(guān)數(shù)值模擬研究結(jié)果等具有重要的參考價(jià)值。

1 研究區(qū)域背景

長江口海域?yàn)l臨黃、東海交界處(圖1), 季風(fēng)氣候顯著。長江來水、來沙量巨大, 多年(1950—2015年)平均徑流量約8.931×1011m3, 年平均輸沙量3.68×108t[14]?？陂T外海域?yàn)橹械葟?qiáng)度的正規(guī)半日潮, 平均潮差約2.7 m, 最大潮差可達(dá)5 m[15]。長江口外水文動(dòng)力環(huán)境復(fù)雜, 主要由蘇北沿岸流(Subei coastal current, SBCC)、長江沖淡水(Changjiang diluted water, CDW)以及臺(tái)灣暖流(Taiwan warm current, TWC)等組成口外環(huán)流系統(tǒng)[16-17]。受季節(jié)變化的影響, 春、夏季臺(tái)灣暖流可在深層越過長江口最遠(yuǎn)到達(dá)32°N附近[18-19], 而冬季較弱, 僅分布于28°N以南海域[20]。蘇北沿岸流一年中大部分時(shí)間自江蘇沿岸向東南流至長江口外[17], 據(jù)要津等[18]分析, 春季蘇北沿岸流未對(duì)調(diào)查海域的水體結(jié)構(gòu)造成顯著影響。

圖1 研究區(qū)主要水團(tuán)(改自文獻(xiàn)[6, 17])及調(diào)查站位分布

注: SBCC: 蘇北沿岸流；CDW: 長江沖淡水；TWC: 臺(tái)灣暖流(虛線箭頭表示SBCC, CDW夏季路徑)

2 材料與方法

依托中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的調(diào)查航次, 搭載“科學(xué)三號(hào)”、“北斗號(hào)”考察船對(duì)長江口附近海域進(jìn)行綜合環(huán)境調(diào)查, 獲得2015年春季(4、5、6月)122.5°E和123°E經(jīng)向斷面(12250E斷面和12300E斷面；緯度范圍30°00′N～32°30′N)連續(xù)三個(gè)月調(diào)查數(shù)據(jù), 每條斷面由6個(gè)站位構(gòu)成(圖1)。本次調(diào)查使用SBE9/17plus型溫鹽深儀(CTD, Conductivity-Temperature-Depth, 美國SeaBird公司)及其附帶的Seapoint濁度傳感器對(duì)長江口外海域水體鹽度()和濁度進(jìn)行觀測。因儀器故障, 6月份12300-6站CTD數(shù)據(jù)缺失。

長江徑流量數(shù)據(jù)來源于2015年《長江流域及西南諸河水資源公報(bào)》[21]中提供的大通水文站實(shí)測資料。潮汐資料引自2015年國家海洋信息中心出版的《潮汐表》[22]中嵊山(122°48′E, 30°43′N)和長江口附近海域(122°19.1′E, 31°20.6′N; 水深5 m)兩站的潮高和流速數(shù)據(jù)。海面風(fēng)場資料來源于美國國家環(huán)境預(yù)測中心(NCEP, National Center for Environ-ment Prediction)提供的矢量風(fēng)場再分析數(shù)據(jù), 其空間分辨率為2.5°×2.5°, 時(shí)間分辨率是6 h。本文提取調(diào)查期間研究區(qū)內(nèi)(122.5°E～125°E, 30°N～32.5°N)風(fēng)場數(shù)據(jù), 分析其連續(xù)變化, 并與其他數(shù)據(jù)結(jié)合進(jìn)行討論。

3 結(jié)果

3.1 水文特征

2015年春季長江口外水文調(diào)查結(jié)果顯示(圖2): 4月, 12250E斷面北部水體鹽度垂向分布較為均勻, 海水混合特征較強(qiáng), 12250-3站以南鹽度整體<31, 以鹽度值17為核心向兩翼遞增, 于12250-3站和12250-4站之間附近存在強(qiáng)烈的鹽度鋒面。5月, 12250E斷面水文分布特征與4月相似, 但鹽度值略有升高, 表層鹽度最低約23, 鹽度鋒現(xiàn)象依然存在且向斷面北部擴(kuò)展。6月鹽度分布特征與前兩月差異較大, 水體呈強(qiáng)烈的層化現(xiàn)象, 在約10 m層附近出現(xiàn)鹽度躍層, 由表及底從低鹽(<13)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦啕}(>33)。

12300E斷面海底地形呈北高南低的特征, 斷面中部存在一海底斜坡, 自南向北水深變淺。據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)分析: 4月份斷面北部海水均勻混合程度較高, 上、下層水文特征較為一致, 鹽度約32；斷面南部鹽度高于北部, 呈弱層化特征, 深層鹽度最高>33。5月, 斷面整體出現(xiàn)明顯層化, 上層海水最低鹽度值約27, 南部下層為高鹽水體, 最高>34, 上、下層之間于20 m水深附近形成較強(qiáng)的鹽度躍層。6月份, 鹽度躍層現(xiàn)象更為強(qiáng)烈且抬升至10 m左右, 躍層以上為低鹽(<22)水體, 躍層以下鹽度值(>34)較高, 顯示出深層高鹽水持續(xù)向北擴(kuò)展。

圖2 2015年春季長江口外海域鹽度(S)分布

以上結(jié)果表明, 2015年春季長江口外海域兩斷面水體鹽度分布存在顯著差異。12250E斷面鹽度值整體相對(duì)偏低, 于12250-3站和12250-4站之間存在強(qiáng)烈的鹽度鋒現(xiàn)象, 在向夏季過渡的過程中鋒面逐漸減弱, 水體層化增強(qiáng)；12300E斷面鹽度值相比12250E斷面較高, 層化特征更為突出, 斷面南部為高鹽水體活動(dòng)區(qū), 呈自南向北逐月擴(kuò)大的趨勢, 存在較強(qiáng)的鹽度躍層。

3.2 長江沖淡水的月際變化

長江沖淡水分布范圍廣、厚度薄, 以低鹽特征最為突出, 因此, 表層水體鹽度可作為描述鹽淡水分布的重要指標(biāo)。根據(jù)前人研究結(jié)果[3, 23], 本文以31作為長江沖淡水的邊界鹽度值, 進(jìn)一步分析春季長江沖淡水在口門外海域的分布特征及其轉(zhuǎn)向變化過程。

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示(圖2): 4月, 長江沖淡水分布于12250-3號(hào)站以南海域, 直達(dá)海底, 沖淡水與北部高鹽海水交界處存在強(qiáng)烈的鹽度鋒現(xiàn)象, 12300E斷面只在南部表層出現(xiàn)極少鹽度低于31的水體。至5月, 沖淡水已擴(kuò)展至12250-3站以北, 鹽度鋒現(xiàn)象依然存在且范圍向北擴(kuò)展, 12300E斷面15 m層以淺完全被長江沖淡水占據(jù), 沖淡水分布范圍顯著增大。6月, 長江沖淡水主體(<26)已到達(dá)12300E斷面, 低鹽水體遍布兩斷面表層, 厚度較5月份變薄, 且呈現(xiàn)強(qiáng)烈的分層現(xiàn)象。值得注意的是, 12300E斷面深層一直存在高鹽水上涌的現(xiàn)象, 且范圍逐月擴(kuò)大(圖2), 以往研究表明[18, 24], 這是北上的臺(tái)灣暖流爬升形成的上升流, 春季可越過長江口到達(dá)32°N以北海域。受其入侵影響, 下層水體鹽度明顯高于表層, 二者之間形成了強(qiáng)烈的鹽度躍層, 改變了研究區(qū)的水體結(jié)構(gòu)。

根據(jù)長江沖淡水主體(<26)在兩斷面表層的分布特征, 本文大致描述了2015年春季低鹽沖淡水在口門外海域的擴(kuò)展路徑(圖3): 4月為冬末春初, 鹽度值低于26的水體僅存在于12300E斷面以西、12250-3站以南海域, 這意味著沖淡水仍保持冬季的轉(zhuǎn)向特征, 出口門后迅速貼岸南下。5月, 12300E斷面表層鹽度低于31, 最低值<27, 表明沖淡水已到達(dá)該斷面, 但其主體仍位于12300E斷面以西海域, 鹽度分布反映出長江沖淡水發(fā)生明顯轉(zhuǎn)向, 表現(xiàn)為出口門后先向東南至12250-4站附近, 而后于122.5°E～ 123°E之間轉(zhuǎn)向東北。到6月逐漸進(jìn)入夏季, 沖淡水主體已經(jīng)遍布兩斷面表層, 距口門最近的12250-3站表層鹽度最低；沖淡水越過12250E斷面后呈雙向擴(kuò)展, 分別于12300-2和12300-4號(hào)站附近存在兩個(gè)低鹽中心, 這表明沖淡水出口門后先以大團(tuán)塊直接向東而后出現(xiàn)分支, 主支轉(zhuǎn)向東北, 另一支向東南(圖2)。據(jù)以上分析結(jié)果, 可以推斷2015年春季沖淡水在口門外海域的擴(kuò)展模式分為三種: 即4月份的順岸南下型(冬季型)、5月份的東北轉(zhuǎn)向型(過渡型)和6月份的雙向分支型(夏季型)。

圖3 調(diào)查站位表層鹽度(S)特征

注: 箭頭表示長江沖淡水轉(zhuǎn)向

綜上所述, 2015年春季長江沖淡水于5月份開始發(fā)生東北轉(zhuǎn)向, 沖淡水在口門外的擴(kuò)展范圍呈逐月增大的變化規(guī)律, 主體最遠(yuǎn)可到達(dá)123°E以東海域, 厚度先增加后減薄。西側(cè)近岸的12250E斷面主要受長江沖淡水控制, 水體垂直混合較為均勻；東側(cè)的12300E斷面上、下層分別為長江沖淡水和臺(tái)灣暖流水, 二者界面存在逐月強(qiáng)化的鹽度躍層。

4 討論

4.1 徑流量對(duì)長江口外沖淡水分布的影響

長江徑流一般于每年5、6月份開始進(jìn)入洪季, 沖淡水向東北的轉(zhuǎn)向過程一般也發(fā)生在這一時(shí)期[4, 13, 25]。毛漢禮等[3]、樂肯堂[11]曾認(rèn)為徑流量的大小是控制沖淡水轉(zhuǎn)向過程的主要因素: 當(dāng)徑流量較大時(shí), 沖淡水發(fā)生向東北轉(zhuǎn)向, 形成羽狀流；徑流量較小時(shí), 沖淡水出口門后沿近岸海區(qū)向南流動(dòng)。這一結(jié)論為早期學(xué)者根據(jù)射形流方程計(jì)算得知, 其中,“射流段”主要指沖淡水在淺水陸架海區(qū)擴(kuò)散的主流路徑[3, 26], 但沖淡水沖出口門后, 其遠(yuǎn)岸段受多種水文動(dòng)力環(huán)境的綜合作用, 形態(tài)復(fù)雜多變。

據(jù)長江水資源公報(bào)[21]記載, 多年來長江入海徑流量處于波動(dòng)中, 其中2015年春季4、5、6月份的大通水文站徑流量分別為7.06×1010m3、8.54×1010m3和1.348×1011m3(圖4),與往年相平且呈逐月增大趨勢, 此時(shí)口門外海域沖淡水的擴(kuò)展范圍也逐月增大, 表層鹽度隨之降低(圖2, 圖3)。此外, 5月份徑流流量(3.15×104m3/s)遠(yuǎn)小于樂肯堂[11]提出的臨界徑流值(3.6×104～4.0×104m3/s), 但沖淡水已經(jīng)開始向東北擴(kuò)展。以往研究中, 也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)當(dāng)長江徑流量達(dá)到臨界值時(shí)不發(fā)生轉(zhuǎn)向[12-13], 而一些徑流量較小的月份出現(xiàn)沖淡水轉(zhuǎn)向的情況[13]。近年來多位學(xué)者對(duì)長江口外的數(shù)值模擬及遙感觀測結(jié)果也同樣證實(shí), 長江徑流量大小并非沖淡水轉(zhuǎn)向的根本因素, 與口門外海域沖淡水的擴(kuò)展路徑及形態(tài)變化之間沒有直接聯(lián)系[27-28], 但其為沖淡水?dāng)U展范圍和表層鹽度變化的決定因素, 與本文觀測結(jié)果相一致。

圖4 近10年來(2006—2015)春季大通站實(shí)測月徑流量變化(改自文獻(xiàn)[21])

4.2 臺(tái)灣暖流對(duì)長江口外沖淡水分布的影響

臺(tái)灣暖流源自黑潮分支, 主要來源于臺(tái)灣海峽以及臺(tái)灣島以東海域, 沿東海陸架向東北方向流動(dòng)[29-30],春季可在深層穿過長江口海域到達(dá)32°N以北, 影響至口門外長江沖淡水分布海域(圖2)。臺(tái)灣暖流的溫、鹽特征值較為穩(wěn)定, 溫度約為16.5～23℃, 鹽度值>34[20]；而長江沖淡水因密度較低漂浮于深層海水之上, 其溫度隨環(huán)境發(fā)生變化, 鹽度值低于31[3]。因此, 可根據(jù)鹽度值將調(diào)查海域水體劃分為長江沖淡水(<31)、受外海高鹽水體影響的混合水(31<<34)和臺(tái)灣暖流水(>34)三類。

2015年春季臺(tái)灣暖流水并未擴(kuò)展至12250E斷面, 僅沿12300E附近陸架區(qū)北上, 可在深層越過長江口到達(dá)其以北海域, 形成顯著的上升流現(xiàn)象, 將下層高鹽海水向上輸送(圖2)。各站位鹽度剖面圖顯示(圖5), 臺(tái)灣暖流水僅存在于12300E斷面30 m以深海域, 但受高鹽海水入侵影響, 鹽躍層以下已表現(xiàn)出臺(tái)灣暖流的高鹽特征[18]；長江沖淡水則位于表層0～15 m范圍內(nèi)且覆于臺(tái)灣暖流深層水之上, 二者所在水層的深度相差較大。因此, 臺(tái)灣暖流的北伸迫使沖淡水轉(zhuǎn)向一說有待進(jìn)一步考證[4, 12, 26]。另外, 比較春季三個(gè)月12300E斷面沖淡水分布特征可看出(圖2), 隨徑流量增強(qiáng), 5月份沖淡水厚度較4月份明顯增加, 31等鹽線位于20 m層附近, 躍層現(xiàn)象更為顯著, 且隨上升流涌升而抬升。然而, 6月份沖淡水的厚度卻較5月份減薄, 31等鹽線涌升至10 m水深處, 表明臺(tái)灣暖流的增強(qiáng)不僅造成水體鹽度值的升高, 還將躍層下界整體抬升至15 m以淺。因此, 春季臺(tái)灣暖流雖并未直接作用于長江沖淡水的轉(zhuǎn)向, 但其深層水的“頂托”作用, 明顯抬升了躍層并抑制上層沖淡水的向下擴(kuò)展。

圖5 各站位鹽度剖面

4.3 風(fēng)對(duì)長江口外沖淡水分布的影響

我國沿海為季風(fēng)氣候, 季風(fēng)是影響中國近海沿岸流盛衰變化的主要驅(qū)動(dòng)因素[31]。長江口外海域5—8月盛行偏南風(fēng), 其他各月盛行偏北風(fēng)。長江沖淡水的轉(zhuǎn)向與季風(fēng)的變化相似, 在冬季和早春, 受西北季風(fēng)影響, 黃、東海沿岸流整體向南運(yùn)動(dòng), 長江沖淡水出口門后與之銜接, 一路南下；到晚春和夏季, 受東南季風(fēng)影響, 沿岸流整體向北運(yùn)動(dòng), 沖淡水出口門后也被“吹”向東北方向。因此, 很多學(xué)者認(rèn)為風(fēng)應(yīng)力是控制沖淡水轉(zhuǎn)向的主要因素之一[13, 32-33]。

2015年春季三個(gè)月份的平均風(fēng)速分別為7.01 m/s、6.09 m/s和5.51 m/s, 整體呈逐月減弱趨勢, 風(fēng)向由北風(fēng)逐漸轉(zhuǎn)為南風(fēng)(表1)。在強(qiáng)烈的風(fēng)攪拌作用下, 4月份海水混合程度較強(qiáng), 鹽度由表及底垂向分布均勻。在向夏季過渡的過程中, 5、6月份風(fēng)速明顯降低, 風(fēng)混合作用減弱, 不足以破壞在上層低鹽沖淡水與下層高鹽臺(tái)灣暖流水之間形成的強(qiáng)烈躍層, 導(dǎo)致上混合層厚度逐漸減薄, 無法攪動(dòng)底部高鹽海水向上擴(kuò)散(圖5)。4月份風(fēng)向以北風(fēng)為主, 風(fēng)速較高, 長江沖淡水出口門后隨即轉(zhuǎn)向南流動(dòng), 與浙閩沿岸流匯合；至5月份轉(zhuǎn)為南風(fēng), 沖淡水由于慣性先向東南而后被“吹”往東北；6月份仍以南風(fēng)為主, 由于風(fēng)速低、徑流量增大且受口門外羽狀鋒的阻擋[2, 34], 口門外海域沖淡水呈雙向擴(kuò)展?fàn)顟B(tài), 主支仍向東北。由此可見, 風(fēng)向變化與沖淡水的轉(zhuǎn)向過程同步變化, 推斷風(fēng)場是控制沖淡水轉(zhuǎn)向的決定性因素, 這一認(rèn)識(shí)進(jìn)一步驗(yàn)證了前人數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性[10, 35]。

表1 春季長江口外海域風(fēng)場變化

圖6 調(diào)查期間(2015年)長江口外海域風(fēng)場變化

4.4 潮汐月動(dòng)態(tài)對(duì)長江口外沖淡水分布的影響

長江口為中等潮汐河口, 研究海域以正規(guī)的半日潮為主(圖7), 口門及鄰近海域水動(dòng)力變化受其影響顯著[36-37]。強(qiáng)烈的潮混合作用導(dǎo)致海底表層沉積物再懸浮, 使深層水體濁度增大, 并伴隨水體混合過程向海水表層擴(kuò)散[6, 38]。Bian等[5]研究表明, 除極近岸地區(qū)外, 風(fēng)浪引起的底部剪切應(yīng)力遠(yuǎn)小于潮流引起的剪切力, 而依靠實(shí)測數(shù)據(jù)很難區(qū)分二者的作用。據(jù)4.3節(jié)討論, 4月份風(fēng)擾動(dòng)較強(qiáng), 水體垂直混合均勻, 風(fēng)浪亦作用于表層沉積物；5、6月份風(fēng)應(yīng)力逐漸減弱, 風(fēng)擾動(dòng)形成的混合層僅存于躍層以上, 深層的水體擾動(dòng)主要受潮混合作用影響。

長江口是大型開放海域, 潮汐、徑流以及外海高鹽水入侵等都會(huì)對(duì)海域水文環(huán)境產(chǎn)生影響, 難以通過水體鹽度來定量分析沖淡水受潮汐影響的情況。前人研究表明[39], 隨徑流入海的懸浮泥沙大多在東海內(nèi)陸架輸運(yùn)、沉降, 極少擴(kuò)散到123°E以東海域, 因此12300E斷面基本不受隨徑流入海的懸浮泥沙的直接影響。為更加清楚地了解春季潮汐變化是否影響沖淡水的垂向混合, 分別選取12300E斷面相近站位在潮位相類似情況下的濁度剖面觀測結(jié)果進(jìn)行對(duì)比, 通過分析海底表層沉積物混合層厚度來判斷各月潮混合強(qiáng)度。結(jié)果表明(表2; 圖8): 在相近潮位相條件下, 4月份海水基本處于強(qiáng)混合狀態(tài), 濁度垂直分布較為均勻, 底層濃度略高于表層, 這是潮混合與風(fēng)混合共同作用的結(jié)果；5、6月份深層濁度梯度明顯較4月增大, 隨潮混合作用的相對(duì)減弱(表2), 近底層再懸浮泥沙向上擴(kuò)散范圍變小, 而上層沖淡水層的濁度分布較為均勻, 由此推斷春季5、6月份潮混合基本未影響到表層。

圖7 調(diào)查期間(2015年)潮汐變化(潮高基準(zhǔn)面與海圖基準(zhǔn)面一致[22])

表2 春季長江口外海域潮汐變化

潮汐過程分析顯示, 當(dāng)處于不同潮位相時(shí), 潮混合強(qiáng)度存在差異, 落潮時(shí)潮混合層厚度20 m左右(圖8a), 低潮時(shí)潮混合層厚度可達(dá)30 m(圖8b), 這表明低潮時(shí)流速大(圖7), 潮混合作用更強(qiáng)。5月份各站位調(diào)查時(shí)(農(nóng)歷廿九—初三)的基本處于天文大潮期間(圖7), 表層沉積物擾動(dòng)劇烈, 在相近潮位相情況下, 5月深層濁度明顯高于4月和6月, 而較為強(qiáng)烈的水體混合也導(dǎo)致外海高鹽海水上溯距離遠(yuǎn)[40], 12250E斷面整體鹽度值明顯高于4、6月(圖2)。

5 結(jié)論

本文利用2015年春季長江口外海域12250E斷面和12300E斷面逐月調(diào)查數(shù)據(jù), 通過對(duì)水文數(shù)據(jù)進(jìn)行分析, 研究了春季長江沖淡水出口門后的擴(kuò)散特征及轉(zhuǎn)向過程, 并對(duì)其影響因素進(jìn)行討論, 初步得到以下結(jié)論:

圖8 潮位相相近站位濁度分布

1) 2015年春季(4、5、6月)口門外海域長江沖淡水的擴(kuò)展范圍逐月擴(kuò)大, 厚度先增加后減薄。沖淡水在口門外海域的轉(zhuǎn)向可總結(jié)為三種模式: 4月份的順岸南下型(冬季型)、5月份的東北轉(zhuǎn)向型(過渡型)和6月份的雙向分支型(夏季型)。

2) 長江徑流和風(fēng)場是春季長江口外海域沖淡水逐月變化的主要控制因素。徑流量的逐月增長促進(jìn)了長江沖淡水的擴(kuò)展范圍, 降低了表層水鹽度, 而風(fēng)向則控制沖淡水的轉(zhuǎn)向。在風(fēng)場和徑流的共同作用下, 決定了春季長江沖淡水出口門后的擴(kuò)散模式。

3) 春季臺(tái)灣暖流深層水(上升流)沿12300E斷面持續(xù)北上, 將下層高鹽海水向上輸運(yùn), 范圍逐月擴(kuò)大、涌升高度逐月變淺。下層臺(tái)灣暖流水與上層沖淡水之間形成顯著躍層, 抑制沖淡水向下擴(kuò)散, 同時(shí)上升流的“頂托”作用使表層沖淡水厚度減小。

4) 春季潮混合過程難以影響至表層沖淡水層。潮流越大, 潮混合作用越強(qiáng)。5月份調(diào)查期間處于天文大潮, 水位波動(dòng)變化劇烈, 外海高鹽海水向陸上溯距離較遠(yuǎn), 使12250E斷面的鹽度值整體呈現(xiàn)出比其他兩月較高的特征。

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The monthly changes and its influencing factors of the Changjiang Diluted Water off the estuary in spring

ZHAO Yu-xi1, 2, WANG Zhen-yan1, 2, 3, 4

(1.CAS Key Laboratory of Marine Geology and Environment, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3.Laboratory for Marine Mineral Resources, Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao), Qingdao 266071, China; 4.Center for Ocean Mega-Science, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China)

Changjiang Diluted Water; off the Changjiang River Estuary; monthly expansion; spring; field surveys

Based on the field surveys data off the Changjiang River Estuary in April, May and June 2015, the distribution characteristics and the diffusion process of the Changjiang Diluted Water (CDW) in spring were analyzed, and combined with the same period of multi-source environment observation data, discussing the influence of various environmental dynamic factors of the CDW off the estuary in spring, to improve the understanding of thecontinuous diffusion and dynamics of CDW.Results show that the expansion range of CDW increased monthly in spring, and its main body can reach the east of 123°E.Its monthly changes were mainly controlled by the hydrodynamic environment outside the estuary.Runoff determined the range of CDW and the surface salinity, and the wind controlled the direction of CDW.Under the joint action of wind and runoff, the diffusion of CDW presented three types: alongshore southward in April (winter type), northeastward in May (transitional type) and northeast-southeast bi-direction in June (summer type).The Taiwan warm current has reached the Changjiang river estuary, and the interaction with the surface water layer is weak.But the upwelling strengthened monthly, the thermocline between TWC and the upper CDW became stronger, which inhibited the downward expansion of CDW, while the upwelling also reduced the thickness of CDW.The thickness of the resuspension showed that tidal mixing could not spread to the surface.During the spring tide, the fluctuation was more violently and the seawater had a farther upstream distance, resulting in an abnormally high salinity in the 12250E section in May.

Jan.7, 2021

[Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences, No.XDB42010203, No.XDA23050503, No.XDA9060401; The General Program of National Natural Science Foundation of China, No.41476045]

P736.21; P731.16

A

1000-3096(2021)10-0081-12

10.11759/hykx20210107002

2021-01-07;

2021-04-12

中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDB42010203, XDA23050503, XDA9060401); 國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(41476045)

趙玉喜(1995—), 女, 山東聊城人, 碩士研究生, 主要從事海洋沉積學(xué)研究, 電話: 17854253556, E-mail: 1377387915@qq.com; 王珍巖(1972—), 男, 通信作者, 研究員, E-mail: zywang@qdio.ac.cn

(本文編輯: 康亦兼)