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：本文采用潮流準調和分析方法對長江口外海域2022年9月5個定點短期觀測資料進行分析，計算6個主要分潮的調和常數、余流值及可能最大流速。結果表明，該海域為不規則半日潮淺海潮流，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，運動形式以往復流為主；余流流速從表及底逐漸減弱，北港和北槽口外站位余流計算值相對較大，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站流速相對較強，南漕口外C4流速相對較小。結果可以為同期觀測的其他懸浮物分布及物質輸運提供動力解釋。

關鍵詞：長江口外；準調和分析；海流；余流

中圖分類號：P 717" " 文件標志碼：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，是長江在東海入海口的一段水域[1]。隨著長江口外大規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施，不斷改變該海域的水動力條件變化。為進一步促進長江河口海域資源合理高效保護和利用，推動現代海洋城市建設，有必要在長江河口海域進行空間上和時間上的綜合觀測和研究，深化認識陸海相互作用的特點，為本市海域使用、海洋生態保護修復、海洋災害防御等領域提供科學依據。

長江河口海域具有三維強潮特征已經獲得了較為普遍的共識[2-3]。2022年夏季長江流域遭遇自1961年以來最嚴重的氣象干旱事件，該事件持續時間長、影響范圍廣、干旱強度大，流域內多站高溫，降水量突破歷史極低值，出現全流域中旱、部分地區重旱，汛期發生流域性嚴重枯水，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，開展當年度長江口外海洋水文調查監測與分析研究，對該區域海洋水文特征分析評價、長江口水源地咸潮應急監測與預警預報具有一定實際意義。本文通過2022年9月長江口外海域短期實測資料，描述該海域潮流特征，以期加深對本市近海海域海洋動力特征的了解和認識。

1 資料與方法

1.1 資料

本文數據資料來源于上海市海洋監測預報中心部門預算2022年海洋水文基礎數據收集項目。觀測站位信息如圖1和表1所示，觀測時間為9月20日07：00至9月21日10：00（農歷八月廿六至廿七）、9月22日15：00至9月23日17：00（農歷八月廿七至廿八）、9月27日06：00至9月28日09：00（農歷九月初二至初三），在觀測時段經歷1次小潮-大潮-小潮過程。觀測儀器統一選用TRDI公司600k ADCP，連續觀測28h，每隔15min記錄1次數據，每次采樣時間為180s。為消除鐵質船對ADCP磁場的干擾影響，保證測流準確性和測驗精度，配置滿足要求的外接GNSS羅經，測前做好了安裝偏置校驗。

1.2 方法

根據潮流準調和分析原理，通過不引入差分比的方法[4-6]對上述潮流觀測資料進行準調和分析，計算得到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個主要分潮流的調和常數。在本次準調和分析過程中，采用文獻[3]舟山海域的差比關系，HK1/HO1=1.59，gK1-gO1=45，HS2/HM2=1.43，gS2-gM2=46，HMS4/HM4=0.86，gMS4-gM4=46。在此基礎上得到主要分潮與主要半日分潮振幅比F計算值（F=（WO1+WK1）/WM2）、

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

2 結果與分析

2.1 潮流性質

計算獲得的各站位分層潮流性質F值和G值見表2和表3。根據《海港水文規范》等標準規范[4-6]，當F≤2.0時，潮流性質為半日潮，其中，F≤0.5，潮流性質為規則半日潮，F＞0.5，潮流性質為不規則半日潮。各站位的F值均介于0.15～0.50，各站位潮流性質為正規半日潮流。

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[4-6]。各站位的G值均大于0.04，除C3站的G值在0.06～0.08，F7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，這與以往的研究結果一致[7-9]。該區域近年來潮流性質保持不變。

2.2 潮流運動形式

計算獲得的各站位橢球率計算值見表4。根據《海港水文規范》規定[6]，0≤|k|＜1，|k|值越大潮流的旋轉形態越強，反之往復流性質越顯著。|k|小于0.5，潮流運動形式以往復流較為顯著。k值符號為“+”，說明旋轉方向為逆時針；k值為“-”，說明旋轉方向為順時針。各站位的橢球率絕對值均小于0.52，往復流性質比較顯著。以往的研究顯示，該海域以往復流為主，這與以往的研究結果一致[7-8]。

各站位M2分潮潮流橢圓常數計算值見表5和表6。通過對比各站位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、北漕外的區域潮流動力明顯比南漕口外和北支口門外以東海域強。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、潮動力、波浪、海底摩擦、海底地形及海岸線分布等多種因素的影響，具體動力機制還需要收集資料進一步探討。F7站表層傾角大于底層，觀測期間該區域底層的變化要稍先于表層流的變化，造成該現象的原因可能與該區域的地形地貌特征有關[2]，后續還需要開展或收集地質勘察資料，結合其他方法繼續探討；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

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

各站位由于所處位置、自然地理條件、水文條件各有不同，位于北漕外、橫沙新洲東南側的C3站的余流流速相對較大，該站點垂線平均流速在22.4cm/s以上，其垂線平均流速在大潮達到35.0cm/s；位于北港外、橫沙新洲東北側的C2點大潮時余流流速也相對較大，垂線平均流速達到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，說明觀測期間潮流作用強于徑流作用；C2站大中小潮余流在83°～155°，大體上呈自西向東，說明觀測期間徑流作用強于潮流作用；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，參考文獻[2]、文獻[3]、文獻[7]、文獻[8]等，本文涉及的2022年9月資料與2008年、2016年、2018年、2020年同時期同區域的余流資料相比，流速均有一定程度減小。原因可能在于2022年夏季長江遭遇嚴重氣象干旱，汛期發生流域性嚴重枯水，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，具體動力過程可能后續還需收集相關資料進一步研究。

2.4 可能最大海流流速

最大流速對海上生產活動和海洋工程建設等具有制約作用，可為海洋工程施工和運維提供有用信息[7-8]。各站位的可能最大海流流速計算值見表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，流向為120°～137°，整體呈自西向東。其中C1站流速相對較大，垂線平均流速達177.1cm/s；C4站流速相對較小，為105.4cm/s。觀測期間正值農歷八月底至九月初，正值汛期，徑流作用相對較強，流向呈自西向東。

與此同時，參考文獻[2]、文獻[3]、文獻[7]、文獻[8]等，本文涉及的2022年9月資料與2008年、2016年、2018年、2020年同時期同區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聯。

3 結語

本文對長江口外5個定點水文垂線的大、中、小潮海流數據進行準調和分析、對余流和可能最大流速進行分析，得出以下結論。1）該海域潮流類型比較穩定，以M2分潮為主，具有明顯的正規半日潮特征，往復流性質比較顯著，淺水分潮作用有一定影響。結合觀測站位特殊的地形考慮，復雜地形對當地海流有一定影響。2）在各站位余流計算結果方面，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站的中潮時段，南漕外、南匯東灘以東的C4的小潮時段，余流流向為自東向西，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算結果方面，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站流速相對較強；南漕外、南匯東灘以東的C4流速相對較小。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。

以上結論提供長江口外海域的海流特征，可為同期觀測的物質輸運提供動力解釋，同時也該年度長江口水源地咸潮預警預報提供數據支撐，為相關數值模擬結果進行驗證和校準。

參考文獻

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