夏季長(zhǎng)江口及其鄰近海域湍流特征分析

王寇，李博*，李愛國(guó)，王鵬皓，裴生鑫

( 1. 浙江海洋大學(xué) 海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，浙江 舟山 316022；2. 舟山市自然資源測(cè)繪設(shè)計(jì)中心，浙江 舟山 316021；3. 國(guó)防科技大學(xué) 氣象海洋學(xué)院，江蘇 南京 211100)

1 引言

長(zhǎng)江口的地理位置獨(dú)特，有長(zhǎng)江沖淡水和錢塘江沖淡水的注入，外海與東海相連，南側(cè)有臺(tái)灣暖流向北流入，北側(cè)有黃海冷水團(tuán)向南延伸，其水系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，營(yíng)養(yǎng)鹽類型豐富。長(zhǎng)江口及其鄰近海域也是我國(guó)海岸帶陸海相互作用研究的關(guān)鍵水域之一，長(zhǎng)江沖淡水對(duì)黃海、東海水文環(huán)境有重要影響[1]，故研究長(zhǎng)江口海區(qū)水體結(jié)構(gòu)的變化對(duì)于了解長(zhǎng)江沖淡水所攜帶的營(yíng)養(yǎng)鹽和污染物的輸運(yùn)具有重要的科學(xué)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

海洋湍流是一種重要的海水運(yùn)動(dòng)形式，是控制海水質(zhì)量、動(dòng)量和能量輸運(yùn)的重要因素[2]。海洋中存在各種類型的大、中、小尺度的運(yùn)動(dòng)，其能量傳遞過程一般是由大到小，最終以湍流混合的形式耗散[3]。湍流混合是水體結(jié)構(gòu)及營(yíng)養(yǎng)鹽輸運(yùn)的關(guān)鍵控制因子，對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力有重要影響[4]。層化和混合是海洋動(dòng)力學(xué)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。Simpson等[5]發(fā)現(xiàn)，淡水的輸入對(duì)河口和鄰近海域的海水產(chǎn)生分層影響：淡水輸入引起水平梯度，從而驅(qū)動(dòng)河口環(huán)流，其中水面較輕的流體向海移動(dòng)，而較重的流體則向下移動(dòng)，隨著潮汐周期內(nèi)湍流水平的變化，這種對(duì)層結(jié)的貢獻(xiàn)將隨時(shí)間而變化。Mackinnon和Gregg[6]在新英格蘭大陸架外部進(jìn)行的微觀結(jié)構(gòu)觀測(cè)和速度測(cè)量的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，底邊界層內(nèi)平均耗散率的大小隨著潮汐、沿陸架流和低頻內(nèi)波的強(qiáng)度變化而變化。MacDonald和Geyer[7]采用控制體積法計(jì)算了弗雷澤河口高度分層狀態(tài)下近岸海域的湍流動(dòng)能產(chǎn)生量和浮力通量。Nash等[8]利用哥倫比亞河口羽流的觀測(cè)資料，將不同時(shí)期湍流流量與河流流量進(jìn)行對(duì)比，來檢驗(yàn)湍流輸入和淡水輸入的相對(duì)作用，發(fā)現(xiàn)在河口內(nèi)其羽流的性質(zhì)由淡水輸入量和潮汐混合引起的湍流流量的比值控制。國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者也進(jìn)行了大量的研究，周磊等[9]在東海陸架坡折海區(qū)進(jìn)行了湍動(dòng)能耗散率的直接觀測(cè)；梁鑫峰等[10]在東海陸架坡折海區(qū)發(fā)現(xiàn)鹽指現(xiàn)象導(dǎo)致的溫度脈動(dòng)，其熱擴(kuò)散系數(shù)的垂向分布與熱耗散率相反；劉志宇和魏皓[11]計(jì)算并分析了秋末冬初潮流占優(yōu)勢(shì)的陸架淺海潮流底邊界層內(nèi)湍動(dòng)能耗散率和底應(yīng)力的特征及其潮周期變化；楊麗芬等[12]研究了南海北部陸架坡折海區(qū)的湍動(dòng)能耗散率、熱耗散率和熱擴(kuò)散系數(shù)的分布以及鹽指現(xiàn)象對(duì)混合效率的影響，發(fā)現(xiàn)鹽指現(xiàn)象的存在提高了湍混合效率；盧著敏等[13]發(fā)現(xiàn)，南海北部強(qiáng)混合發(fā)生區(qū)主要為北部陸架坡折海區(qū)，陸架坡折海區(qū)和深水區(qū)的垂向混合有不同的規(guī)律；魏傳杰等[14]在南黃海海區(qū)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，深水區(qū)湍流混合的垂直分布明顯地表現(xiàn)出三層結(jié)構(gòu)且風(fēng)混合和潮混合是黃海湍流混合的主要形式。

以上國(guó)內(nèi)的研究調(diào)查都是在東海、黃海和南海進(jìn)行的，關(guān)于長(zhǎng)江口的湍流研究調(diào)查很少，Zhang和Wu[15]通過在長(zhǎng)江口附近的連續(xù)站觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)在淺層旋轉(zhuǎn)潮流中，剪切產(chǎn)生的相位滯后和湍流耗散的相位滯后隨距離海底高度的增加而增加。本文利用MSS90L湍流剖面儀觀測(cè)的大面站數(shù)據(jù)，研究了長(zhǎng)江口及其鄰近海域湍流的空間分布特征，為研究河口地區(qū)湍流混合提供了資料。還利用MSS90L湍流剖面儀獲得的資料計(jì)算了湍動(dòng)能耗散率的觀測(cè)，并由湍動(dòng)能耗散率計(jì)算得到垂向湍擴(kuò)散系數(shù)。

2 數(shù)據(jù)來源及處理方法

2.1 現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)

于2019年7月11?12日搭載“國(guó)家自然科學(xué)基金委共享航次計(jì)劃2018年度長(zhǎng)江口科學(xué)考察實(shí)驗(yàn)研究（NORC2019-03）”航次進(jìn)行觀測(cè)，長(zhǎng)江口及其鄰近海域共享航次覆蓋具體地理區(qū)域?yàn)?8.5°～32.5°N，120.5°～124°E，圖1給出了觀測(cè)站位分布，針對(duì)A4斷面使用德國(guó)Sea&Sun Technology公司生產(chǎn)的MSS90L湍流剖面儀進(jìn)行了湍流的垂向剖面觀測(cè)。MSS90L湍流剖面儀中的剪切傳感器實(shí)際上是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的壓電陶瓷剪切探頭，它可以用來測(cè)量湍流的脈動(dòng)流速，觀測(cè)范圍和精確度分別是0.001～0.500 m/s和5%。MSS90L湍流剖面儀還可以測(cè)量水體的溫度和電導(dǎo)率，它們的測(cè)量精度分別為0.01℃和0.50 mS/cm。它的采樣頻率是1024 Hz，數(shù)據(jù)處理后，采用垂向分辨率為1 m的數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析。

圖1 站位分布Fig. 1 Distribution of stations

2.2 數(shù)據(jù)處理方法

通過MSS90L湍流剖面儀獲得的直接觀測(cè)資料采用Prandle[16]、Adolf[17]和Roget等[18]的數(shù)據(jù)處理方法：利用逐步迭代的方法剔除觀測(cè)信號(hào)中的大振幅奇異值，然后利用低通濾波濾除觀測(cè)信號(hào)中的高頻噪聲，高通濾波濾除信號(hào)中的低頻脈動(dòng)。經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)可以直接用來計(jì)算湍動(dòng)能耗散率ε。剪切探頭首先測(cè)得垂向流速脈動(dòng)剪切值，根據(jù)Taylor提出的湍流冰凍假設(shè)[19]，當(dāng)湍流流動(dòng)形式變化較慢時(shí)，時(shí)間序列和空間序列可以轉(zhuǎn)換，可以求得：

式中，W為儀器下降速度；u′為水平脈動(dòng)流速；z為垂向距離；t為時(shí)間。湍動(dòng)能耗散率ε由各向同性湍流[20]計(jì)算式得到：

式中，v為分子黏性系數(shù)；湍動(dòng)能耗散率 ε由微尺度剪切功率譜 ψ(k)積分求得，積分下限取2 cpm（cycle per minute），由儀器本身的分辨率決定；積分上限為Kolmogorov波 數(shù)[21]，即k2=(ε/ν3)1/4/2π是 湍 動(dòng)能耗散率ε的函數(shù)，所以剪切功率譜積分也可通過逐步迭代求得。

儀器下降速度造成的測(cè)量誤差和剪切探頭的校準(zhǔn)誤差會(huì)引起剪切功率譜的漂移，所以在功率譜積分前，將實(shí)測(cè)剪切功率譜與Nasmyth譜進(jìn)行比對(duì)，Nasmyth譜可很好地表征小尺度湍流在慣性副區(qū)內(nèi)剪切譜的形式。我們?cè)诿總€(gè)站位下放3次微結(jié)構(gòu)剖面儀，選取實(shí)測(cè)剪切功率譜與Nasmyth譜符合較好的數(shù)據(jù)來進(jìn)行研究（圖2）。

圖2 剪切功率譜與相應(yīng)的Nasmyth譜的比較Fig. 2 Comparison of the shear power spectrum with the corresponding Nasmyth spectrum藍(lán)線代表剪切功率譜；黑線代表Nasmyth譜The blue line represents the shear power spectrum; the black line represents the Nasmyth spectrum

垂向湍擴(kuò)散系數(shù)由Osborn[22]所提出的計(jì)算公式求得：

3 結(jié)果

3.1 夏季長(zhǎng)江口A4斷面的水文分布特征

A4斷面西側(cè)存在冷水團(tuán)的涌升，東側(cè)發(fā)現(xiàn)高溫水的下沉（圖3）。A4-7站位的平均溫度為23.4℃，A4-10站位的平均溫度為24.6℃，東側(cè)高溫水的垂向平均溫度比西側(cè)低溫水高1.2℃。A4斷面西側(cè)水溫的分布呈三層結(jié)構(gòu)，上層溫度分布均勻，上混合層的平均溫度為24.87℃；隨著深度的增加，溫度迅速降低形成溫躍層（圖3）?！逗Ｑ笳{(diào)查規(guī)范》[24]規(guī)定：淺海中水溫梯度超過0.2℃/m的水層為溫躍層，溫躍層的平均溫度為23.12℃；溫躍層下為混合均勻的低溫冷水層，冷水層的平均溫度為21.88℃。A4-6站位的溫躍層范圍為14～21 m，厚度為7 m，17 m處溫躍層強(qiáng)度最強(qiáng)，為1.18℃/m。A4-7站位在8 m處溫躍層強(qiáng)度最強(qiáng)，為1.05℃/m，厚度為8 m。A4-8站位溫躍層為14～20 m，厚度為6 m，在18 m處強(qiáng)度最強(qiáng)，為0.92℃/m。A4-9站位溫躍層最厚，厚度為11 m，范圍為12～23 m，強(qiáng)度最強(qiáng)的位置在22 m處，大小為0.40℃/m。A4-10站位出現(xiàn)溫躍層的水深較深，上界在24 m處，下界在29 m處，最強(qiáng)的位置在27 m處，大小為0.41℃/m。A4-11站位的溫躍層最薄，只有3 m，在18 m處強(qiáng)度最強(qiáng)，為0.60℃/m。

圖3 夏季A4斷面的溫度分布Fig. 3 The temperature distribution of Section A4 in summer黑細(xì)線代表以0.2℃/m為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到的溫躍層范圍；黑粗線代表溫躍層強(qiáng)度最強(qiáng)的位置The thin black line represents the range of the thermocline calculated with 0.2℃/m as the standard; the thick black line represents the strongest location of the thermocline

A4斷面在A4-8與A4-9站位之間的上層至15 m水深之間存在一個(gè)孤立低鹽水團(tuán)（圖4），整個(gè)水團(tuán)的平均鹽度為30.6，此水團(tuán)的來源是長(zhǎng)江沖淡水。根據(jù)實(shí)際情況將長(zhǎng)江沖淡水海域中鹽度梯度超過0.15每米的水層為鹽躍層（圖4），鹽躍層的平均鹽度為33.51。鹽躍層下方的高鹽水混合層的平均鹽度為33.86，比鹽躍層高0.35。A4-10站位的鹽躍層最厚為18 m，范圍為11～29 m，在28 m處強(qiáng)度最強(qiáng)，為0.30 m?1。A4-6站位只在19～20 m之間存在鹽躍層，強(qiáng)度相同，為0.12 m?1。A4-7站位在8 m處的強(qiáng)度最強(qiáng)，為0.44 m?1，范圍為7～13 m，厚度為6 m。A4-8站位和A4-9站位鹽躍層的上界都在15 m處，A4-9站位的鹽躍層較厚，下界在23 m處，而A4-8站位鹽躍層下界在18 m處。但A4-8站位鹽躍層的強(qiáng)度強(qiáng)于A4-9站位，A4-8的強(qiáng)度值最大在16 m處，大小為0.91 m?1，A4-9站位的強(qiáng)度最大值為0.75 m?1，在22 m處。A4-11站位的鹽躍層厚度為17～19 m，強(qiáng)度最大值為0.43 m?1。

圖4 夏季A4斷面的鹽度分布Fig. 4 The salinity distribution of Section A4 in summer紅線為鹽度為31的等值線；黑細(xì)虛線代表以0.1 m?1為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到的鹽躍層范圍；黑粗虛線代表鹽躍層強(qiáng)度最強(qiáng)的位置The red line is the contour line with a salinity of 31; the black thin dashed line represents the range of the halocline calculated based on the standard of 0.1 m?1;the thick black dashed line represents the location of the strongest halocline

3.2 夏季長(zhǎng)江口A4斷面的湍耗散與湍擴(kuò)散

整個(gè)斷面的浮力頻率的分布（lgN2）如圖5，層化程度較高的地方恰好和溫躍層的位置大體相似。N2的最大值分別在17 m、8 m、18 m、22 m、27 m和18 m處，這些位置恰好與溫躍層強(qiáng)度最強(qiáng)的位置（圖5）相近。溫躍層處的層化最強(qiáng)，上混合層的平均層化程度高于下混合層。每個(gè)站位上混合層的N2的平均值都在10?4s?2附近，其中A4-6站位上混合層N2的平均值最小，自西向東逐漸增大，到A4-10站位上混合層N2的平均值最大，層化最強(qiáng)，到A4-11站位平均值減小。溫躍層處N2的平均值在10?3s?2附近，比上混合的平均值高一個(gè)量級(jí)。下混合層中A4-10站位N2的平均值最大，為1.40×10?3s?2，層化最強(qiáng)，其余站位的量級(jí)在10?4s?2附近，在A4-7站位的平均值最小，層化最弱。

圖5 夏季A4斷面的浮性頻率（lgN2）分布Fig. 5 The distribution of the buoyancy frequency (lgN2) of Section A4 in summer黑細(xì)線代表以0.2℃/m為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到的溫躍層范圍；黑粗線代表溫躍層強(qiáng)度最強(qiáng)的位置；N2單位：s?2The thin black line represents the range of the thermocline calculated with 0.2℃/m as the standard; the thick black line represents the strongest location of the thermocline; the unit of N2 is s?2

圖6為A4斷面的湍動(dòng)能耗散率（lgε）的示意圖，6個(gè)觀測(cè)站位的湍動(dòng)能耗散率的量級(jí)均為10?9～10?4W/kg。在溫鹽躍層重合的地方，湍動(dòng)能耗散率的值較小，其量級(jí)為10?9～10?8W/kg，表明溫鹽躍層對(duì)海洋的湍耗散具有抑制作用。A4-7站位湍動(dòng)能耗散率較大值在表層至4 m處，量級(jí)為10?6W/kg，最大值在26 m處，為1.04×10?5W/kg，最小值在10 m處，為5.19×10?10W/kg。A4-10站位湍動(dòng)能耗散率仍然是上層較大，最小值在23 m處，為2.49×10?10W/kg。在A4-10站位溫躍層上界與鹽躍層上界之間的湍動(dòng)能耗散率較大。A4斷面溫躍層上混合層的湍動(dòng)能耗散率的平均值為1.28×10?6W/kg，下混合層為1.22×10?7W/kg，溫躍層湍動(dòng)能耗散率的平均值為2.64×10?8W/kg，溫躍層處的湍動(dòng)能耗散較小，層結(jié)穩(wěn)定，上混合層的平均耗散較大，其原因可能是風(fēng)的攪動(dòng)和太陽(yáng)輻射的作用。溫躍層上混合層中A4-7站位、A4-8站位和A4-11站位的平均湍動(dòng)能耗散率較大，量級(jí)均在10?6W/kg左右，A4-7站位上混合層較薄，湍動(dòng)能耗散率主要受太陽(yáng)輻射和風(fēng)的影響。下混合層中A4-7站位的平均湍動(dòng)能耗散率最大，為6.03×10?7W/kg，且在26 m處湍動(dòng)能耗散率最大為1.04×10?5W/kg，是因?yàn)榈蜏厮蛏嫌可膭?dòng)能耗散較大。

圖6 夏季A4斷面的湍動(dòng)能耗散率（lgε）示意圖Fig. 6 Schematic diagram of the turbulent energy dissipation rate (lgε) of Section A4 in summer紅線代表鹽度為31的等值線；黑虛線為鹽躍層的范圍；黑實(shí)線為溫躍層的范圍；ε單位：W/kgThe red line represents the contour line with a salinity of 31; the black dotted line is the range of the halocline; the black solid line is the range of the thermocline; the unit of ε is W/kg

垂向湍擴(kuò)散系數(shù)的分布（lgKZ）如圖7所示，與湍動(dòng)能耗散率的空間分布相似，與浮性頻率的分布相反。溫躍層上混合層垂向湍擴(kuò)散系數(shù)的平均值為1.60×10?3m2/s，溫躍層垂向湍擴(kuò)散系數(shù)平均值為9.30×10?6m2/s，下混合層的平均值為2.67×10?4m2/s。溫躍層處的垂向湍擴(kuò)散系數(shù)最小，溫躍層抑制了湍流的擴(kuò)散。所有站位的上混合層處的平均垂向湍擴(kuò)散系數(shù)在A4-7站位、A4-10站位和A4-11站位偏大，量級(jí)都在10?3m2/s左右，溫躍層處垂向湍擴(kuò)散系數(shù)平均值的量級(jí)為10?7～10?5m2/s，在下混合層中，A4-7站位的平均垂向湍擴(kuò)散系數(shù)最大，量級(jí)為1.30×10?6m2/s，是因?yàn)樯仙鞯拇嬖谑沟弥車Ｋ耐臄U(kuò)散增大。A4-7站位垂向湍擴(kuò)散系數(shù)在26 m處最大，為2.28×10?2m2/s，可能是上升流的流速較大，湍擴(kuò)散系數(shù)也較大。A4-10站位的垂向湍擴(kuò)散系數(shù)在表層至9 m的垂向湍擴(kuò)散系數(shù)較大，然后逐漸減小，到15 m處較大，為1.11×10?4m2/s，自15 m以下垂向湍擴(kuò)散系數(shù)減小。低鹽水團(tuán)的位置恰好在A4-8站位和A4-9站位的鹽躍層上混合層，這兩個(gè)站位鹽躍層上混合層的平均垂向湍擴(kuò)散系數(shù)分別為2.68×10?6m2/s、7.90×10?5m2/s，二者都偏小，說明低鹽水團(tuán)的湍擴(kuò)散較小，內(nèi)部性質(zhì)穩(wěn)定，與外界的能量交換較少。

圖7 夏季A4斷面的垂向湍擴(kuò)散系數(shù)（lgKZ）的分布Fig. 7 The distribution of vertical turbulent diffusion coefficient (lgKZ) of Section A4 in summer紅線代表鹽度為31的等值線；黑虛線為鹽躍層的范圍；黑實(shí)線為溫躍層的范圍；KZ單位：m2/sThe red line represents the contour line with a salinity of 31; black dotted line is the halocline range; the black solid line is the thermocline range; the unit of KZ is m2/s

4 討論

4.1 低鹽水團(tuán)脫離的形成機(jī)制

我們?cè)邴}度斷面圖中發(fā)現(xiàn)A4-8站位與A4-9站位之間存在1個(gè)明顯的低鹽水團(tuán)，其鹽度低于31，推測(cè)其成分為長(zhǎng)江沖淡水。夏季長(zhǎng)江羽流在外海一側(cè)的邊界，水平方向高鹽度梯度（0.03 km?1）的狹窄水域把長(zhǎng)江沖淡水與周圍的海水隔開，我們通過計(jì)算每?jī)蓚€(gè)相鄰站位之間的水平鹽度梯度，發(fā)現(xiàn)在A4-9站位和A4-10站位形成了鹽度鋒面（圖8）。李博等[25]發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)江口孤立低鹽水團(tuán)的脫離和輸運(yùn)受到長(zhǎng)江徑流、風(fēng)場(chǎng)等的影響，其中大潮引起的強(qiáng)上升流對(duì)低鹽水團(tuán)的脫離起到?jīng)Q定性的作用；Wu等[26]認(rèn)為，大潮導(dǎo)致強(qiáng)烈的上升流產(chǎn)生，有足夠的作用力可以將低鹽水團(tuán)從長(zhǎng)江沖淡水中剝離出來；Li和Rong[27]研究潮汐對(duì)長(zhǎng)江沖淡水的影響，發(fā)現(xiàn)在潮汐周期中，湍流混合的強(qiáng)烈變化導(dǎo)致長(zhǎng)江口羽狀流的周期性分離和噴射。低鹽水團(tuán)的脫離發(fā)生在小潮到大潮的過渡期，且當(dāng)潮汐產(chǎn)生的湍流足以破環(huán)長(zhǎng)江口附近陸架區(qū)的層結(jié)時(shí)才會(huì)發(fā)生低鹽水團(tuán)的脫離。圖7顯示，存在兩個(gè)鹽度鋒面，低鹽水團(tuán)與周圍高鹽水之間的鹽度梯度較大，產(chǎn)生了A4-7站位和A4-8站位的鹽度鋒面，在A4-10站位的鹽度鋒面是長(zhǎng)江沖淡水舌與外海高鹽水形成的。我們認(rèn)為，鋒面西側(cè)的次級(jí)環(huán)流提供的作用力使得低鹽水團(tuán)從長(zhǎng)江沖淡水中剝離出來，且低鹽水團(tuán)滯留在鹽度鋒面西側(cè)。

圖8 水平鹽度梯度Fig. 8 Horizontal salinity gradient紅色虛線包含的范圍代表鹽度鋒面（0.03 km?1）；紅線代表鹽度為31的等鹽線；黑實(shí)線代表溫躍層的位置；黑虛線代表鹽躍層的位置The range covered by the white line represents the salinity front (0.03 km?1); the red line represents the isosalt with a salinity of 31; the black solid line represents the location of the thermocline; the black dotted line represents the location of the halocline

通過觀察湍動(dòng)能耗散率和垂向湍擴(kuò)散系數(shù)，發(fā)現(xiàn)在鹽度鋒面附近的湍流耗散較強(qiáng)，垂向湍擴(kuò)散系數(shù)較大，鋒面處的次級(jí)環(huán)流是加強(qiáng)海洋中的湍耗散和湍擴(kuò)散的主要原因。低鹽水團(tuán)上層的湍動(dòng)能耗散率較大，是由于夏季風(fēng)的擾動(dòng)使能量耗散較多，低鹽水團(tuán)下層的湍動(dòng)能耗散率較小是因?yàn)榈望}水團(tuán)內(nèi)部與周圍水體的能量交換較少。

4.2 上升流與下降流的形成

溫度和鹽度分布圖中分別標(biāo)出了溫躍層和鹽躍層的范圍，溫鹽躍層在A4-7站位和A4-10站位分別有明顯的凸起和凹陷。在A4-7站位溫躍層附近的溫度低于周圍水體的溫度，而鹽躍層附近的鹽度高于周圍水體。在A4-10站位溫鹽躍層周圍水體的分布與A4-7站位相反。我們認(rèn)為，在A4-7站位存在上升流，上升流將下層的低溫高鹽水向上抬升，并抬升了溫鹽躍層的位置。在A4-10站位存在下降流，下降流將表層的高溫低鹽水帶到下層，使溫鹽躍層的位置降低。在我們調(diào)查的鄰近區(qū)域，趙保仁[28]在長(zhǎng)江口海區(qū)發(fā)現(xiàn)明顯的上升流現(xiàn)象。上升流出現(xiàn)的原因可能是由于夏季西南風(fēng)影響[29]，使得表層海水離開海岸，而位于長(zhǎng)江口南面底層的臺(tái)灣暖流水上升。Lü等[30]利用數(shù)值模擬的方式研究引起上升流的主要機(jī)制，結(jié)果表明，潮汐混合作用對(duì)上升流起主導(dǎo)作用。在近海水域，強(qiáng)烈的潮汐混合會(huì)導(dǎo)致潮汐鋒面出現(xiàn)相當(dāng)大的水平密度梯度，垂向上的密度梯度變化會(huì)激發(fā)次級(jí)環(huán)流，上升流和下降流是次級(jí)環(huán)流的主要特征[31]。次級(jí)環(huán)流是指與基本氣流（地轉(zhuǎn)和靜水壓力平衡）相關(guān)的運(yùn)動(dòng)，常發(fā)生在海洋中，如由鋒面和渦旋驅(qū)動(dòng)的深對(duì)流和環(huán)流[32]。Chant和Wilson[33]通過對(duì)哈德遜河口的觀測(cè)，討論了在強(qiáng)分層條件下，海角附近次級(jí)環(huán)流與分層之間的相互作用。鋒面次級(jí)環(huán)流通過分層進(jìn)一步加強(qiáng)，并且次級(jí)環(huán)流可以在渦旋中心產(chǎn)生上升流。

本文認(rèn)為，上升流和下降流是受鋒面次級(jí)環(huán)流的影響產(chǎn)生的。鋒面處的次級(jí)環(huán)流將低鹽水團(tuán)從長(zhǎng)江沖淡水中剝離出來，下層水體向上補(bǔ)充，又因?yàn)槌毕淖饔?，從而產(chǎn)生了上升流。同時(shí)由于鋒面的環(huán)流而產(chǎn)生了下降流。圖9展示了上升流和下降流的形成原因。由垂向湍擴(kuò)散系數(shù)分布圖可知，A4-7站位和A4-10站位除溫鹽躍層外，其他位置的垂向湍擴(kuò)散系數(shù)較大，表明鋒面引起的垂向環(huán)流會(huì)加強(qiáng)海洋的湍混合。

圖9 上升流（a）和下降流（b）的形成示意圖Fig. 9 Schematic diagram of the formation of upwelling (a) and downwelling (b)

本文發(fā)現(xiàn)，上升流和下降流會(huì)影響溫度鋒面（圖10）的產(chǎn)生。在A4-7站位附近的8～17 m處存在溫度鋒面，在A4-9站位和A4-10站位的15 m處以下存在溫度鋒面。溫度鋒面是由于上升流和下降流帶來的水體與周圍水體的溫度明顯不同而產(chǎn)生的，夏季出現(xiàn)的溫度鋒面一般都可以通過觀察海表溫度分布而觀察出來，但我們所發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)溫度鋒面并不是從表層開始出現(xiàn)的，其所在位置恰好是上升流和下降流的位置，由此推斷，此溫度鋒面是受上升流和下降流影響而產(chǎn)生的。

圖10 水平溫度梯度Fig. 10 Horizontal temperature gradient紅線包含的范圍代表溫度鋒面（0.04℃/km）；紅線代表鹽度為31的等鹽線；黑實(shí)線代表溫躍層的位置；黑虛線代表鹽躍層的位置The range covered by the white line represents the temperature front (0.04°C/km); red line represents the isosalt with a salinity of 31; the black solid line represents the location of the thermocline; and the black dotted line represents the location of the halocline

5 結(jié)論

通過分析夏季航次的MSS90L湍流剖面儀資料，對(duì)夏季長(zhǎng)江口及鄰近海域的水文要素及湍耗散和湍混合的特征進(jìn)行了研究，在所觀測(cè)海域得出以下結(jié)論：

（1）湍 動(dòng) 能 耗 散 率 的 大 小 為1.72×10?10～2.95×10?5W/kg；垂向湍擴(kuò)散系數(shù)的大小為3.24×10?7～4.55×10?2m2/s。湍動(dòng)能耗散率和垂向湍擴(kuò)散系數(shù)的分布相似，均為表層最強(qiáng)，底層次之，中層最弱。上層由于風(fēng)應(yīng)力的作用，使得湍動(dòng)能耗散率和垂向湍擴(kuò)散系數(shù)較大；溫鹽躍層處層化較強(qiáng)，湍動(dòng)能耗散率和垂向湍擴(kuò)散系數(shù)較小。

（2）鹽度鋒面的次級(jí)環(huán)流會(huì)促使低鹽水團(tuán)脫離，鋒面引起的垂向環(huán)流會(huì)加強(qiáng)海洋的湍混合，低鹽水團(tuán)與外界的能量交換較少，湍動(dòng)能耗散率較弱。

（3）長(zhǎng)江口海區(qū)存在明顯的上升流和下降流，它們是由鋒面的次級(jí)環(huán)流產(chǎn)生的；上升流和下降流的存在使得湍動(dòng)能耗散率與垂向湍擴(kuò)散系數(shù)較大。