蘇北輻射沙洲區(qū)間流系分布格局及對(duì)大氣強(qiáng)迫力的響應(yīng)

張蓓,堵盤軍 *

（1 .國(guó)家海洋局東海預(yù)報(bào)中心,上海200081）

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蘇北輻射沙洲區(qū)間流系分布格局及對(duì)大氣強(qiáng)迫力的響應(yīng)

張蓓1,堵盤軍1 *

（1 .國(guó)家海洋局東海預(yù)報(bào)中心,上海200081）

摘要:蘇北輻射沙洲海域由10余條主沙脊和10余條主水道組成,其沙脊群間水動(dòng)力的消長(zhǎng)決定了沙洲的生成、發(fā)展及消亡,形成了灘槽相間、水道交錯(cuò)的獨(dú)特地貌。黃海旋轉(zhuǎn)潮波與東海前進(jìn)潮波交匯于沙洲中心弶港,在沙洲外圍諸多流系如黃海沿岸流、蘇北沿岸水和長(zhǎng)江沖淡水等影響下,又受復(fù)雜地形和大氣強(qiáng)迫對(duì)淺水作用的影響,沙洲間余環(huán)流結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)4種環(huán)流結(jié)構(gòu)迥異的特征。本文利用2006 - 2012年間8次共23站一年四季、涵蓋主要沙脊和水道間準(zhǔn)同步調(diào)查數(shù)據(jù),以及沙洲南部4站長(zhǎng)達(dá)1個(gè)月以上連續(xù)觀測(cè)的A D CP資料,結(jié)合呂四和洋口港海洋站氣象水文數(shù)據(jù),分析了沙洲間余流四季輸運(yùn)分布格局,并重點(diǎn)討論和分析了沙洲南部余流與風(fēng)應(yīng)力的響應(yīng)關(guān)系。

關(guān)鍵詞:輻射沙洲；蘇北沿岸流；大氣強(qiáng)迫；余流輸運(yùn)；分布格局

1 引言

蘇北輻射沙洲位于南黃海西南部,其南北長(zhǎng)約200 k m,東西寬約90 k m,以弶港為中心,由東沙、毛竹沙等10余條大型沙脊以及西洋、苦水洋等10余條主要水道組成了我國(guó)獨(dú)一無(wú)二的輻射狀沙脊群地貌［1—2］。分析呂四海洋站1960 - 2013年氣象數(shù)據(jù)資料可知,該區(qū)域?qū)儆诘湫偷膩啛釒Ъ撅L(fēng)性氣候,全年常風(fēng)向以N、E、ESE和SSE為主,冬季盛行偏北風(fēng),夏季以東到東南風(fēng)為主,春秋季表現(xiàn)出過(guò)渡特征。研究區(qū)域及地形分布如圖1所示。前人已對(duì)于蘇北輻射沙洲及其外圍海域動(dòng)力特征作了諸多研究。任美鍔［3］、張忍順和陳才?。?］基于江蘇海岸帶和海涂資源綜合調(diào)查,認(rèn)為輻射沙脊群受東海前進(jìn)波和黃海旋轉(zhuǎn)潮波交匯影響,形成了以弶港為頂點(diǎn)的漲潮輻聚、落潮輻散的動(dòng)力格局,此動(dòng)力結(jié)構(gòu)是輻射狀地貌形成的主要原因［5—7］。王穎等［8—9］、宋召軍［10］利用動(dòng)力分析與地貌演變結(jié)合的分析方法,對(duì)沙洲形成和歷史演變機(jī)制進(jìn)行了分析。諸裕良等［11］利用二維潮流數(shù)學(xué)模型討論潮流沙脊發(fā)育的動(dòng)力因子,認(rèn)為潮流是形成發(fā)育南黃海輻射沙洲的主要?jiǎng)恿σ蛩?動(dòng)力條件的不同決定了輻射沙洲以條子泥-蔣家沙為界的南北形態(tài)差異化演變。除潮汐作用強(qiáng)之外,該海域亦受多重流系影響（圖1）,特別在40 m等深線以淺海域,存在南向的蘇北沿岸流［12—13,16—18］,夏季時(shí)沿40 m等深線順海岸向東南方向運(yùn)動(dòng),與北上的東海沿岸流在長(zhǎng)江口以東相遇［16］,范圍較冬季小,入夏后有穩(wěn)定向北流動(dòng)的趨勢(shì)［19—22］。但同時(shí)受制于沙脊難以實(shí)現(xiàn)大面同步、長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的限制,沙脊間40 m等深線以內(nèi)余環(huán)流研究甚為少見。目前僅吳德安等［23］根據(jù)輻射沙洲鄰近主水道和中心沙洲灘面水道33個(gè)站位的實(shí)測(cè)資料,計(jì)算了各站位垂線平均歐拉余流、斯托克斯余流和拉格朗日余流。但以上研究?jī)H限于單站孤立分析,對(duì)于沙洲間特別是40 m等深線以淺區(qū)域整體余環(huán)流輸運(yùn)格局分析缺乏,特別是其與外圍環(huán)流的相互配合、對(duì)大氣強(qiáng)迫響應(yīng)研究未見。

本文利用蘇北輻射沙洲間8個(gè)主要水道間共23站周日觀測(cè),沙洲南部海域時(shí)長(zhǎng)為1個(gè)月以上的A DCP測(cè)流資料,并結(jié)合呂四和洋口港兩海洋站氣象資料,分析了蘇北輻射沙洲間四季余環(huán)流輸運(yùn)格局,并討論了沙洲南部海域余流與風(fēng)應(yīng)力之間的響應(yīng)關(guān)系。

圖1 研究區(qū)域地形及外圍流系示意圖［13—15,22］Eig .1 The topography and peripheralflow of research region［13—15,22］1 .遼南沿岸流；2 .魯北沿岸流；3 .青島-石島近海的反氣旋中尺度渦旋,青島冷水團(tuán)；4 .山東南部沿岸的東北向流動(dòng)；5 .黃海西部沿岸流；6 .蘇北沿岸水；7 .夏季蘇北沿岸的北向流動(dòng)；8 .東北向擴(kuò)展的長(zhǎng)江沖淡水；9 .臺(tái)灣暖流前緣水；10 .黃海暖流；11 .朝鮮半島西部沿岸流1 .Liaonan Coastal Current；2 .Lubei Coastal Current；3 .mesoscale anticyclonic eddy in Qingdao - Shidao offshore,Qingdao Cold W ater M ass；4 .northeastward currentin Lunan coast；5 .Yellow Sea western Coastal Current；6 .Subei Costal Current；7 .northward currentin Subeicoastin su m mer；8 .northward extension of Yangtze River Diluted W ater；9 .Taiwan W arm Current；10 .Yellow Sea W arm Current；11 .Korean Peninsula W estern Coastal Current

2 數(shù)據(jù)及處理

本研究中使用數(shù)據(jù)來(lái)源于我國(guó)908專項(xiàng)“我國(guó)近海海洋綜合調(diào)查與評(píng)價(jià)”（后文簡(jiǎn)稱908專項(xiàng)）和國(guó)家海洋行業(yè)性公益專項(xiàng)“蘇北淺灘“怪潮”災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究及示范應(yīng)用”（后文簡(jiǎn)稱蘇北怪潮）等多個(gè)專項(xiàng)的航次調(diào)查。其中908專項(xiàng)資料為2006年和2007年布設(shè)的16個(gè)站位準(zhǔn)同步觀測(cè)數(shù)據(jù),蘇北怪潮數(shù)據(jù)包括2010年布設(shè)的7個(gè)站位準(zhǔn)同步觀測(cè)數(shù)據(jù)（以上資料均采用直讀式海流計(jì)相對(duì)水深6層觀測(cè)法,采樣間隔1 h,轉(zhuǎn)流時(shí)刻加測(cè)）,以及2011年7月至2012年8月在沙洲南部海域布設(shè)了4個(gè)站位進(jìn)行了為期1個(gè)月以上的A D CP剖面海流連續(xù)觀測(cè),其中兩站為潛標(biāo)觀測(cè),儀器采樣間隔10 min,其余為浮標(biāo)A D CP和海床基A D CP觀測(cè),采樣時(shí)間間隔分別為30 min和10 min,具體觀測(cè)站點(diǎn)信息見表1,以上調(diào)查均同步收集了實(shí)時(shí)水位數(shù)據(jù)。氣象資料采用呂四和洋口港海洋臺(tái)站同期風(fēng)速資料,時(shí)間間隔1 h,考慮到研究范圍空間尺度較小,基于就近原則資料可與各測(cè)流站匹配分析使用。其中,大面觀測(cè)期間區(qū)域平均風(fēng)速和主導(dǎo)風(fēng)向情況見表1。

測(cè)站覆蓋整個(gè)輻射沙洲區(qū)域,主要分布于輻射狀沙脊間的西洋（西槽和東槽）、小北槽、陳家塢槽、苦水洋、黃沙洋、爛沙洋、網(wǎng)倉(cāng)洪和大彎洪8個(gè)主要潮汐通道內(nèi)。為便于結(jié)合地形分析,采用2012年以來(lái)最新、最全、最精細(xì)的蘇北區(qū)域地形數(shù)據(jù)提取形成等深線地形圖,以配合局部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)形成的機(jī)理解讀。其中,地形以弶港為中心,向海呈指狀分布,且以條子泥-蔣家沙沙脊線為界,呈南北不對(duì)稱分布特征［24］,北部沙脊分布較密集,呈狹長(zhǎng)、連續(xù)、發(fā)育充分、間隔緊湊的格局,塑造出寬窄縱深的狹長(zhǎng)型水道,南部沙脊分布較為分散,密度小,形體小,水道多為互通水域。

基于此本文不同站位命名以所在水道來(lái)區(qū)分,并從近岸向外海遞增編號(hào),如西洋（西槽）內(nèi)的5個(gè)測(cè)站從近岸向外海分別記為X Y X1～X Y X5,具體如圖2和表1所示。

本文對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)作如下處理,首先對(duì)直讀式海流計(jì)相對(duì)6層數(shù)據(jù)和A D CP剖面海流數(shù)據(jù)作歸一化處理,依據(jù)各A D CP測(cè)站的盲區(qū)和觀測(cè)層厚度等參數(shù),并結(jié)合各站同步現(xiàn)場(chǎng)水位數(shù)據(jù)進(jìn)行有效層提??；然后將提取數(shù)據(jù)從絕對(duì)深度坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至相對(duì)深度坐標(biāo)系,并在相對(duì)坐標(biāo)系下,通過(guò)3次樣條插值法使得每層數(shù)據(jù)在時(shí)間序列上連續(xù)。其次在此資料序列中挑選出4個(gè)季節(jié)大、小潮27 h相對(duì)6層數(shù)據(jù),采用準(zhǔn)調(diào)和分析方法計(jì)算各層周期性潮流成分,并將其從原始海流中減掉,從而得到各測(cè)點(diǎn)相對(duì)6層余流,用于余流平面及垂向分布分析。

另外,為了進(jìn)一步分析余流與風(fēng)強(qiáng)迫之間的關(guān)系,對(duì)于A D CP海流數(shù)據(jù),在濾掉潮流部分作余流計(jì)算的基礎(chǔ)上,對(duì)其及同期風(fēng)速資料作48 h的滑動(dòng)平均處理,濾掉高頻波動(dòng),然后進(jìn)行功率譜分析,以及余流時(shí)間序列變化與大氣強(qiáng)迫力之間的響應(yīng)關(guān)系研究。

圖2 研究區(qū)域測(cè)流點(diǎn)分布Eig .2 Elow measurement point distribution in research region

表1 觀測(cè)站點(diǎn)信息表Tab .1 The information of observation station

3 結(jié)果討論與分析

3.1 余流四季分布特征

3.1.1 平面分布

圖3a～d分別為蘇北輻射沙洲海域春、夏、秋和冬季大、小潮的垂向平均余流分布圖。由圖可知,輻射沙洲海域余流呈現(xiàn)明顯的地域、時(shí)域變化特征,總體以條子泥-蔣家沙為南北分界分別受前進(jìn)波和旋轉(zhuǎn)潮波控制,同時(shí)在局部地形條件的約束下,各水道呈現(xiàn)不同的余流特征。區(qū)域上,西洋、大灣洪、黃沙洋和爛沙洋水道近岸區(qū)域余流相對(duì)較大,時(shí)間上,冬季整個(gè)海域余流相對(duì)較強(qiáng)。根據(jù)各站所處位置,將各站按照離岸距離由遠(yuǎn)及近分別代表近海段、水道中以及近岸段進(jìn)行分析。

北部輻射沙洲區(qū)域受地形影響,余流基本沿單個(gè)水道運(yùn)行,多以南向或局部旋轉(zhuǎn)流為主,且受季風(fēng)影響較小,四季變化不大。以西洋X Y X5和X Y X4站為例,X Y X5向外海輸運(yùn),而X Y X4向岸輸運(yùn),四季輸運(yùn)格局基本維持不變；苦水洋四季也基本維持著向岸輸運(yùn)態(tài)勢(shì)。北部西洋等水道從近海、中段及近岸出現(xiàn)余流方向相反的現(xiàn)象,四季余流大小和方向略有變化,但主體仍然不變,揭示了風(fēng)強(qiáng)迫對(duì)其影響較小,主要為潮汐及局地地形影響。就余流大小而言,整體呈近岸段余流大,向外海逐步減小,且大潮余流明顯大于小潮的特征,體現(xiàn)出潮致余流的明顯特點(diǎn),同時(shí),小潮時(shí)流向受局地地形約束更甚幾乎完全與地形走勢(shì)一致。

南部沙洲區(qū)域與北部呈現(xiàn)不同特征,主要原因?yàn)榈匦伟l(fā)育不一和受前進(jìn)潮波系統(tǒng)所控制。整體上說(shuō),本區(qū)域明顯分布著兩種余流結(jié)構(gòu)形態(tài),一為沿岸流,二為多汊道聯(lián)通域形成的跨水道余流結(jié)構(gòu)；且多數(shù)區(qū)域與季風(fēng)存在較為顯著的正響應(yīng)關(guān)系,僅爛沙洋近海出現(xiàn)與季風(fēng)反向流動(dòng)的異?，F(xiàn)象。沙洲南端網(wǎng)倉(cāng)洪和大彎洪水道余流完全受季風(fēng)影響,夏季指向近岸而冬季沿沙脊指向外海,且流速?gòu)耐夂Ｏ蚪抖斡鷣?lái)愈大,為純季風(fēng)影響區(qū)域；而爛沙洋和黃沙洋等水道均較寬大且又為互聯(lián)水域,表現(xiàn)出“C”字型余流結(jié)構(gòu),其中,夏季黃沙洋主要顯示為進(jìn)水道,爛沙洋余流則指向外海（圖3b,H SY3指向近岸,H SY1指向爛沙洋, LSY6指向外海）,冬季受偏北季風(fēng)影響,沙洲南部海域余流變化顯著,南向分量顯著加強(qiáng),黃沙洋水道與夏季相比略向外海轉(zhuǎn)向,而爛沙洋則有向近岸輸運(yùn)的態(tài)勢(shì)（圖3d中H SY1和H SY2指向偏東方向,圖3c 中LSY1和LSY5指向偏北方向）,此種格局與吳德安等［23］基于1998年10月實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果“爛沙洋近海段余流指向近岸,黃沙洋近海段余流向外海輸運(yùn)”較為一致。小潮期時(shí)余流分布則多數(shù)表現(xiàn)為量級(jí)上的減小和方向上與局部地形的趨同化。

圖3 蘇北輻射沙洲海域各季節(jié)大、小潮垂向平均余流分布Eig .3 The vertical mean residual current distribution at spring and neap tide of each season in Subei radiation shoal waters

3.1.2 垂向分布

余流垂向分布也呈現(xiàn)明顯的南北差異,且與平面分布一致,主要受潮汐和局地地形約束。圖4a、b分別為各測(cè)站夏冬兩季大潮期余流垂向分布圖。北部西洋、小北槽和苦水洋等水道普遍表現(xiàn)為表層受季風(fēng)影響余流方向略有擺動(dòng),流速?gòu)谋韺拥降讓舆f減并呈逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)的三維特征,而近岸段因處淺水區(qū)水體垂向混合均勻,垂向上余流大小和方向較一致。此外,特別值得關(guān)注的是,位于西洋西槽左右兩側(cè)的X Y X4 和X Y X3兩站垂向各層余流顯示出了深槽內(nèi)存在逆時(shí)針垂向余環(huán)流結(jié)構(gòu),與3.1.1節(jié)中西洋西槽的環(huán)流結(jié)構(gòu)分析一致。而蔣家沙以南的垂向余流則普遍表現(xiàn)為從表層到底層略呈順時(shí)針偏轉(zhuǎn)的態(tài)勢(shì),且近岸段余流方向垂向變化較為明顯,表層受季風(fēng)作用顯著,愈向南表現(xiàn)愈為明顯,這是由于受到了長(zhǎng)江沖淡水的綜合影響所致。結(jié)合3.1.1節(jié)中分析結(jié)果不難發(fā)現(xiàn),夏季時(shí)爛沙洋近海段（LSY6站）表現(xiàn)出了與季風(fēng)反向的特征,在3.2節(jié)中將進(jìn)一步進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間序列分析。

圖4 蘇北輻射沙洲海域夏季（a）和冬季（b）大潮期余流垂向分布Eig .4 The vertical distribution about residual current at spring tide of sum mer（a）and winter（b）in Subei radiation shoal waters

3.2 余流對(duì)海面風(fēng)的響應(yīng)分析

北部沙洲余流流向與海面風(fēng)相關(guān)性較小,而南部區(qū)域則表現(xiàn)出兩種不同的規(guī)律。為了進(jìn)一步分析南部沙洲余流與風(fēng)之間的響應(yīng)關(guān)系,分別以爛沙洋LSY6測(cè)站和網(wǎng)倉(cāng)洪W C H1測(cè)站為代表進(jìn)行分析。首先對(duì)48 h滑動(dòng)平均后的表層余流作功率譜分析,發(fā)現(xiàn)爛沙洋近海表層余流存在9 d左右的顯著周期,其次為2～3 d的周期,而呂四近岸6 d左右的波動(dòng)最為顯著,即存在顯著的天氣尺度的變化,其次為9 d左右的周期,如圖5、圖6所示。由此說(shuō)明,相比呂四近岸,短周期的天氣尺度變化對(duì)爛沙洋近海余流貢獻(xiàn)相對(duì)較小。

圖5 LSY6測(cè)站表層余流功率譜分布Eig .5 The residual surface current power spectrum distribution of LSY6 Station

從沙洲南部如東呂四外海爛沙洋海域LSY6測(cè)站風(fēng)矢量與表、中和底層余流同步對(duì)比分析（圖7,為便于與余流矢量對(duì)應(yīng)分析,圖中風(fēng)矢量箭頭指向北時(shí)表示南風(fēng),指向南則為北風(fēng),圖8同）可知,夏季南風(fēng)盛行,爛沙洋近海段各層余流與海表面風(fēng)的關(guān)系在不同時(shí)段表現(xiàn)出不一致的響應(yīng)特征。如海域出現(xiàn)偏南風(fēng)時(shí),水道余流呈方向與之相反,大小隨風(fēng)速增大而變小的趨勢(shì)。以圖7的1～8 d和10～15 d時(shí)段重點(diǎn)分析可見,從第1天起南風(fēng)逐漸增大,原北向余流大小逐漸減小,在第6～7 d南風(fēng)增大到4 m/s左右時(shí),原北向余流逐漸消失并開始轉(zhuǎn)為南向流動(dòng),表、中、底3層以表層最為顯著；若海域?yàn)槠憋L(fēng),風(fēng)向亦與余流方向相反,但表現(xiàn)出風(fēng)速增大、流速亦同步增大的現(xiàn)象,以19～21 d之間數(shù)據(jù)為例,北風(fēng)從0增大至3 m/s時(shí),北向余流同步增大且明顯。主要原因是沙洲南部沙脊發(fā)育不充分導(dǎo)致海域開闊,黃沙洋、爛沙洋以及網(wǎng)倉(cāng)洪等水道在如東外海相互貫通造就的獨(dú)特地形,導(dǎo)致夏季偏南風(fēng)時(shí)沙洲局部海域如爛沙洋水道余流呈南向流動(dòng)的反向響應(yīng)；而偏北風(fēng)時(shí),余流流向保持北向、流速增大的規(guī)律,這一規(guī)律的出現(xiàn)是以獨(dú)特地形為主導(dǎo),疊加季風(fēng)、外海流系等綜合作用后的結(jié)果。

圖6 W C H1測(cè)站表層余流功率譜分布Eig .6 The residual surface current power spectrum distribution of W C H1 Station

呂四近岸為單一水道地形,特別受長(zhǎng)江沖淡水聚集效應(yīng)的影響,與爛沙洋表現(xiàn)出不同的規(guī)律,完全與風(fēng)呈正響應(yīng)關(guān)系。從圖8可明顯看出,夏季,長(zhǎng)江沖淡水大量聚集在啟東外海即大彎洪水道外延,W C H1測(cè)站表層余流受風(fēng)影響敏感,流向與風(fēng)向變化基本一致,以北向?yàn)橹?而中、底層整體則均表現(xiàn)出了相對(duì)穩(wěn)定的北向流動(dòng),僅在表層風(fēng)力足夠大時(shí)才能影響中、底層余流方向,結(jié)合圖3b中輻射沙洲南部沿海夏季余流分布同樣佐證這一結(jié)論,并與劉志亮和胡敦欣［20］認(rèn)為“夏季存在流向比較穩(wěn)定的北向低頻流動(dòng),且主要受局地風(fēng)場(chǎng)控制”的結(jié)論一致。

圖7 LSY6測(cè)站各層余流與風(fēng)矢量的時(shí)間序列Eig .7 The time series of each layer residual current and wind speed at LSY6 Station

3.3 余流輸運(yùn)格局探討

綜上研究發(fā)現(xiàn),我國(guó)沿海的沿岸流,如渤海沿岸流、黃海沿岸流和東海沿岸流,多為常年向南流動(dòng)。其中蘇北海域因地跨黃、東海海域,故其余流特征整體趨勢(shì)亦為南向常年流動(dòng),但受到局地風(fēng)、地形和外海環(huán)流的影響形成局部流況復(fù)雜多變且不穩(wěn)定的狀態(tài)。潮致余流為蘇北輻射沙脊間余流的重要構(gòu)成成分之一,風(fēng)強(qiáng)迫力是南部沙洲海域余流季節(jié)性變化的主要因素,地形效應(yīng)與風(fēng)場(chǎng)疊加影響主要改變余流的三維垂向結(jié)構(gòu)。沙洲區(qū)域整體以條子泥-蔣家沙為界,南北地形分布迥異,呈現(xiàn)不同特征的余流輸運(yùn)格局。

圖8 W C H1測(cè)站各層余流與風(fēng)矢量的時(shí)間序列Eig .8 The time series of each layer residual current and wind speed at W C H1 Station

基于3.1.1節(jié)余流四季平面分布分析可知,北部海域余流與季風(fēng)相關(guān)性較小,整體表現(xiàn)出沿水道和沙脊方向流動(dòng)的趨勢(shì),主要體現(xiàn)出潮汐和地形的影響,冬季由于偏北季風(fēng)作用相比夏季整體南向分量增強(qiáng),并未改變其余環(huán)流輸運(yùn)格局。以主要水道的角度來(lái)看,北部的西洋、小北槽以及陳家塢槽等主要受旋轉(zhuǎn)潮波控制,加之局部地形效應(yīng)使得各水道中呈“西進(jìn)東出”的格局,形成明顯的局部環(huán)流結(jié)構(gòu),這與吳德安和張忍順［24］分析結(jié)果較為一致；而苦水洋受前進(jìn)潮波和旋轉(zhuǎn)潮波共同影響,同時(shí)與外圍環(huán)流銜接,反映出以進(jìn)水為主的特征,四季維持向岸輸運(yùn)格局不變。因而,北部沙洲區(qū)域整體可歸納為兩種余流結(jié)構(gòu),一種結(jié)構(gòu)為單一潮汐通道內(nèi)的逆時(shí)針余環(huán)流結(jié)構(gòu)以及跨潮汐通道繞沙脊的順時(shí)針余環(huán)流結(jié)構(gòu)；另一種結(jié)構(gòu)為單向的向岸輸運(yùn)。該輸運(yùn)格局與諸裕良［25］、張蓓［26］利用潮流數(shù)學(xué)模型模擬的余流分布較為一致。

南部沙洲區(qū)域與季風(fēng)存在響應(yīng)關(guān)系,亦表現(xiàn)為兩種余流結(jié)構(gòu)。一種結(jié)構(gòu)為呂四近岸大彎洪水道中沿槽軸的單向輸運(yùn),完全受季風(fēng)強(qiáng)迫,隨風(fēng)力加強(qiáng)而余流加強(qiáng),夏季為西北向流動(dòng),季風(fēng)以及長(zhǎng)江沖淡水北擴(kuò)為重要原因,這與劉志亮和胡敦欣［20］的結(jié)論較為吻合,冬季余流則轉(zhuǎn)向東南；另一結(jié)構(gòu)為“C”字型余流結(jié)構(gòu),存在于爛沙洋和黃沙洋聯(lián)通水域中,侯慶志等［27］也認(rèn)為兩水道間存在頻繁的水量交換,其中,黃沙洋主要受兩個(gè)潮波系統(tǒng)綜合影響,夏季基本為向岸流,一部分水體南向匯入爛沙洋并于太陽(yáng)沙以南向外海輸運(yùn)；而爛沙洋南部海域由于受前進(jìn)潮波和長(zhǎng)江沖淡水的作用同時(shí)存在著一股西北向流動(dòng)流入近岸深槽,這與李孟國(guó)等［28］分析爛沙洋水道時(shí)認(rèn)為其水道北部和南部具有相反的優(yōu)勢(shì)流也較為吻合；結(jié)合3. 2節(jié)中對(duì)爛沙洋近海段余流與風(fēng)的響應(yīng)關(guān)系分析可知,該處余流與風(fēng)具有反向響應(yīng)特征,故推測(cè)夏季從黃沙洋流入爛沙洋北部海域的余流輸運(yùn)結(jié)構(gòu)在冬季時(shí)消散,轉(zhuǎn)而由沿爛沙洋北部海域繞沙脊流入黃沙洋南部海域,向外海輸運(yùn)的格局替代,但由于季風(fēng)影響,推測(cè)流幅和強(qiáng)度較小,冬季的輸運(yùn)格局與吳德安等［23］的分析結(jié)果具有一致性。蘇北輻射沙洲間余環(huán)流輸運(yùn)基本格局如圖9所示。

綜上所述,蘇北輻射沙洲間余環(huán)流分布格局在獨(dú)特地形下由約14條主要水道余流組成,局部區(qū)域受大氣強(qiáng)迫力影響顯著,主要分為4種基本結(jié)構(gòu)類型,其中沙洲北部多呈北面單一水道內(nèi)的類似自封閉循環(huán)余環(huán)流結(jié)構(gòu),沙洲中部苦水洋海域?yàn)檠厮婪较虻南虬遁斶\(yùn),南部海域出現(xiàn)跨黃沙洋和爛沙洋水道的“C”型余流以及呂四近岸的單向輸運(yùn)結(jié)構(gòu),特別后兩者受大氣強(qiáng)迫力影響明顯。

圖9 蘇北輻射沙洲間余環(huán)流輸運(yùn)格局示意圖Eig .9 The residual circulation transport pattern diagram in the Subei radiation shoal①西洋西槽逆時(shí)針余環(huán)流；②繞小陰沙順時(shí)針余環(huán)流；③西洋東槽逆時(shí)針余環(huán)流；④繞東沙順時(shí)針余環(huán)流；⑤小北槽逆時(shí)針余環(huán)流；⑥繞麻菜珩順時(shí)針余環(huán)流；⑦陳家塢槽逆時(shí)針余環(huán)流；⑧苦水洋向岸余流；⑨黃沙洋向岸余流；⑩夏季黃沙洋南向輸入爛沙洋北部并向外海輸運(yùn)余流；○11爛沙洋南部向岸余流；○12夏季大彎洪向岸余流；○13冬季爛沙洋北部向北輸入黃沙洋并向外海輸運(yùn)余流；○14冬季大彎洪外海向余流①Counter-clockwise residual currentin west groove of Xiyang；②clockwise residual current around Xiaoyinsha；③counter-clockwise residual currentin east groove of Xiyang；④clockwise residual current around Dongsha；⑤counter-clockwise residual current in Xiaobei channel；⑥clockwise residual current around Macaiheng；⑦counter-clockwise residual currentin Chenjiawu channel；⑧onshore residual current in Kushuiyang；⑨onshore residualcurrentin Huangshayang；⑩offshore residualcurrentfrom Huangshayang to northern of Lanshayang in sum mer；○11onshore residual currentin southern of Lanshayang；○12onshore residual currentin Dawanhong in sum mer；○13offshore residual current from northern of Lanshayang to Huangshayang in winter；○14offshore residual currentin Dawanhong in winter

4 結(jié)論

從上述分析可以看出,蘇北輻射沙洲海域受前進(jìn)波和旋轉(zhuǎn)波交匯作用,在局部特殊地形下,其余流結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出復(fù)雜特征,主要表現(xiàn)為如下幾個(gè)方面:

（1）潮致余流、風(fēng)生流以及地形誘導(dǎo)產(chǎn)生的次生流等是蘇北輻射沙洲海域余流的重要組成部分,其以條子泥-蔣家沙為南北分界余流呈現(xiàn)不同分布特征。北部沙洲區(qū)域余流受季風(fēng)影響較小,主要受潮汐及局地地形影響,多以南向或局部旋轉(zhuǎn)流為主；平面上整體呈近岸向外海逐步減小趨勢(shì),且大潮余流明顯大于小潮余流；垂向上從表層到底層余流逐漸減小并呈逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)的三維變化特征。南部沙洲區(qū)域則多數(shù)表現(xiàn)出與季風(fēng)顯著的正響應(yīng)關(guān)系,僅爛沙洋近海出現(xiàn)有與季風(fēng)反向流動(dòng)現(xiàn)象；余流大小從外海向近岸逐漸增大；大彎洪夏季余流指向近岸而冬季指向外海,黃沙洋和爛沙洋由于為聯(lián)通水域表現(xiàn)出“C”型余流結(jié)構(gòu),且隨季風(fēng)有所變化；小潮期時(shí)余流分布則多數(shù)表現(xiàn)為量級(jí)上的減小和方向上與局部地形的趨同化；垂向上則普遍表現(xiàn)為從表層到底層略呈順時(shí)針偏轉(zhuǎn)的態(tài)勢(shì)。

（2）整個(gè)輻射沙洲區(qū)域存在4種余流結(jié)構(gòu),且以條子泥-蔣家沙為界而有明顯差異。其中,北部區(qū)域分布著的兩種結(jié)構(gòu):一種結(jié)構(gòu)為單一通道如西洋、小北槽和陳家塢槽內(nèi)的逆時(shí)針環(huán)流及跨潮汐通道繞沙脊的順時(shí)針余環(huán)流結(jié)構(gòu)；另一種結(jié)構(gòu)為單向的向岸輸運(yùn)（如苦水洋）。南部沙洲區(qū)域亦存在兩種余流結(jié)構(gòu):一種結(jié)構(gòu)為呂四近岸大彎洪水道中完全受季風(fēng)強(qiáng)迫的沿槽軸單向輸運(yùn),夏季為西北向流動(dòng),冬季則轉(zhuǎn)向東南；另一種結(jié)構(gòu)為跨爛沙洋和黃沙洋聯(lián)通水域的“C”字型余流結(jié)構(gòu),隨季風(fēng)而有所變化。

參考文獻(xiàn):

本文基于實(shí)測(cè)資料對(duì)蘇北輻射沙脊群灘槽間余流輸運(yùn)格局進(jìn)行了初步地討論,其深入的機(jī)理研究還須借助數(shù)學(xué)模型；特別是外部環(huán)流與沙洲間余流的配合,以及風(fēng)、潮與外部環(huán)流等各因子對(duì)余流輸運(yùn)格局貢獻(xiàn)及影響的定量化研究還有待進(jìn)一步開展。

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中圖分類號(hào):P731.23

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):0253-4193（2016）03-0049-11

收稿日期:2015-04-30；

修訂日期:2015-09-11。

基金項(xiàng)目:海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目—蘇北淺灘“怪潮”災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究及示范應(yīng)用（200905014）。

作者簡(jiǎn)介:張蓓（1987—）,女,湖南省澧縣人,工程師,主要從事海洋環(huán)境動(dòng)力學(xué)研究。E-mail:beizhang0411 @ 163 .com

*通信作者:堵盤軍（1979—）,男,江蘇省宜興市人,教授級(jí)高工,主要從事近海海洋動(dòng)力學(xué)及環(huán)境動(dòng)力學(xué)研究。E-mail:stanleydu @ 163 .com

張蓓,堵盤軍.蘇北輻射沙洲區(qū)間流系分布格局及對(duì)大氣強(qiáng)迫力的響應(yīng)［J］.海洋學(xué)報(bào),2016,38（3）:49 - 59,doi:10.3969/j.issn . 0253-4193.2016.03.005

Zhang Bei,Du Panjun . The residual current distribution pattern in Subei radiation shoal waters and its response to atmospheric force ［J］. Haiyang Xuebao,2016,38（3）:49 - 59,doi:10.3969/j.issn .0253-4193.2016.03.005

The residual current distribution pattern in Subei radiation shoal waters and its response to atmospheric force

Zhang Bei1,Du Panjun1
（1 .EastChina Sea Eorecast Center,Shanghai 200081,China）

Abstract:Subei radiation shoals consist of over 10 master sand ridges and 10 main waterways . H ydrodynamics in sand ridges dominates the shoals' birth,growth,and death,forming the unique landform of intersect tide-flats and grooves . The Yellow Sea rotational ridal wave and the East Sea forward tidal wave meet at Jianggang Port,which liesin the center ofthe shoals area . Affected by outerflow systems,such as the Yellow Sea coastalcurrent,the Subei coastal current,and the Yangtze River diluted water,and with the effect of complex terrain and atmospheric force on shallow water,the shoals show 4 kinds oftotally different residual circulation structure within .In this paper,quasi-synchronous survey data of 8 times and 23 sites within 2006 - 2012,which cover major sand ridges and waterways,the A D CP data of 4 sites at southern shoals area,continuously observed for more than 1 month,and meteorological and hydrological data from Lvsi and YangKou Port marine station were used to analyze the seasonal change of residual current transport and distribution pattern in the shoals area and to focus on the response of the southern shoals area's residuals to wind stress .

Key words:radial sand ridges；Subei coastal current；atmospheric force；residual current transport；distribution pattern