溫州灣海域潮形偏態(tài)時(shí)空分布特征研究

馮曦，周雨晨，孫鳳明，徐歡，溫世瑋，孫壯，劉詩靜，馮衛(wèi)兵

(1.河海大學(xué) 港口海岸與近海工程學(xué)院，江蘇 南京 210098；2.中國(guó)港灣工程有限責(zé)任公司，北京 100027；3.江蘇省水利工程科技咨詢有限公司，江蘇 南京 210003)

1 引言

潮形在近海的傳播與演變直接關(guān)系著海岸工程的安全可靠性，是海岸建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)，同時(shí)也是海岸帶防災(zāi)、減災(zāi)工作中不可忽略的海動(dòng)力要素之一。潮形偏態(tài)不僅影響著海岸地區(qū)的泥沙、鹽度、營(yíng)養(yǎng)鹽及污染物的運(yùn)移，同時(shí)也影響著洪水、風(fēng)暴潮的預(yù)報(bào)。Nidzieko[1]提出用水位時(shí)間導(dǎo)數(shù)的偏度來定量潮形偏態(tài)，偏度的絕對(duì)值表示潮汐不對(duì)稱性的強(qiáng)度，正負(fù)表示其方向。正偏代表漲潮歷時(shí)短、流速?gòu)?qiáng)，負(fù)偏反之。潮汐不對(duì)稱性的變化呈現(xiàn)出從月內(nèi)至季節(jié)性乃至年際變化的特征。例如，長(zhǎng)江口的徑流使得潮汐不對(duì)稱性呈現(xiàn)出顯著的枯洪期差異[2]。海岸工程對(duì)河口及近海潮動(dòng)力的變化也起到重要影響，在江蘇連云港至南通的圍墾工程，使得該海域的潮汐不對(duì)稱性質(zhì)甚至在部分岸段發(fā)生改變[3]。

溫州灣海域?qū)儆谥袕?qiáng)潮海域，島嶼密集，地形復(fù)雜。甌江是浙江第二大河，出溫州灣匯入東海。樂清灣位于甌江口東北方向，三面環(huán)山，有一口門與外海相連，是我國(guó)較大的淤泥質(zhì)港灣之一，灣內(nèi)資源多樣（圖1）。近幾十年來，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，甌江口與樂清灣范圍內(nèi)有多個(gè)圍墾工程落成或正在實(shí)施中，岸線變化劇烈。短周期的水文環(huán)境變化和長(zhǎng)周期的岸線變遷都會(huì)影響潮波行進(jìn)過程中的傳播規(guī)律。而作為沿岸經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口稠密的灣區(qū)，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)該海域的潮位對(duì)維護(hù)地方經(jīng)濟(jì)安全和防災(zāi)減災(zāi)工作意義重大。前期各位學(xué)者的研究對(duì)了解該海域的潮汐特性有了一定的積累。研究表明，樂清灣灣內(nèi)潮汐不對(duì)稱性表現(xiàn)為落潮占優(yōu)[4]，而在甌江口海域，潮汐不對(duì)稱性表現(xiàn)為漲潮占優(yōu)[5]。童朝鋒等[4]通過對(duì)比分析2003 年與2010年樂清灣內(nèi)部分潮位資料發(fā)現(xiàn)，同月灣內(nèi)落潮主導(dǎo)的性狀有所減弱。另一方面，張伯虎等[6]對(duì)1960-2014年實(shí)測(cè)潮位資料進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)自溫州站及其上游河段漲潮主導(dǎo)趨勢(shì)有所減弱。上述研究認(rèn)為，潮汐不對(duì)稱性的變化與灣內(nèi)外或河口內(nèi)外的圍墾或河口采砂相關(guān)[4，6]，這對(duì)本文的研究主體具有一定的啟發(fā)意義。然而，受限于所用資料的全面性，前者的發(fā)現(xiàn)是否具有普適性有待商榷；后者的發(fā)現(xiàn)局限于甌江上游河段，而對(duì)于河口及外海疏于分析。同時(shí)，上述研究對(duì)于短時(shí)間內(nèi)潮形的連續(xù)變化和內(nèi)部成因未做深入分析。由于研究區(qū)域和關(guān)注點(diǎn)的不同，前期研究成果相對(duì)碎片化。因此，有必要從空間和時(shí)間兩個(gè)維度對(duì)溫州灣海域潮形偏態(tài)的分布特征進(jìn)行系統(tǒng)研究。本文將從以下3 個(gè)角度，對(duì)該海域潮汐不對(duì)稱性進(jìn)行重點(diǎn)探討：（1）空間上縱橫向的分布規(guī)律；（2）月內(nèi)至年際的演變趨勢(shì)；（3）導(dǎo)致潮形偏態(tài)變化的主要成因。

2 研究方法

2.1 實(shí)測(cè)資料

本研究選取了溫州站、龍灣站、大門島站、東門村站以及南麂山站的潮位數(shù)據(jù)用于分析。各水文站點(diǎn)的位置分布如圖1 所示。2019 年龍灣站（27°58′N，120°48′E）已遷移至靈昆站（27°58′N，120°51′E），為方便說明，以下均以龍灣站代指。

圖1 溫州灣海域及各測(cè)站分布Fig.1 Distribution of Wenzhou Bay and locations of tidal gauges

2.2 偏度分析

Nidzieko[1]利用水位時(shí)間導(dǎo)數(shù)的偏度（γ）來定量表示潮汐不對(duì)稱性，公式為

式中，η′i為水位對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)；為水位對(duì)時(shí)間導(dǎo)數(shù)的平均值；N為潮位序列長(zhǎng)度。γ為正代表漲潮主導(dǎo)，為負(fù)則代表落潮主導(dǎo)。

Song 等[7]根據(jù)Nidzieko 提出的偏度計(jì)算方法，引入分潮，得到了計(jì)算不同分潮組合對(duì)潮汐不對(duì)稱性貢獻(xiàn)值的定量方法。已知只有波浪頻率滿足2ω1=ω2或ω1+ω2=ω3時(shí)，分潮之間的相互作用才會(huì)產(chǎn)生不對(duì)稱性。對(duì)于這兩種類型的分潮組合，分別采用 β2和β3表示兩種分潮和3 種分潮相互作用產(chǎn)生的對(duì)潮汐不對(duì)稱性貢獻(xiàn)度：

式中，ai、ωi、φi分別為對(duì)應(yīng)分潮的振幅、頻率與遲角。β值為正，代表漲潮占優(yōu)，β值為負(fù)，代表落潮占優(yōu)。

本研究中使用潮汐調(diào)和分析工具包T_TIDE 對(duì)實(shí)測(cè)資料進(jìn)行調(diào)和常數(shù)的分析和天文潮潮位過程線的提取[8]。在天文潮潮位過程線的基礎(chǔ)上，使用文獻(xiàn)[1]的方法進(jìn)行偏度分析，更進(jìn)一步地，本文使用文獻(xiàn)[7]的方法進(jìn)行不同分潮組合對(duì)潮汐不對(duì)稱性的貢獻(xiàn)值計(jì)算。

3 溫州灣海域潮汐不對(duì)稱性分析

3.1 潮差特征概況

該海域表現(xiàn)為規(guī)則半日潮。每天的兩次潮漲潮落伴隨著一組高高潮、低低潮、高低潮以及低高潮（圖2）。表1 從南麂山站-大門島站-龍灣站-溫州站方向上，即從外海-甌江河口-感潮河段，潮汐振幅先增大后減小。這與河口地區(qū)地形束窄相關(guān)[9-10]，而進(jìn)入潮波沿河道上溯期間受到底部和側(cè)邊界摩阻以及徑流影響，潮能逐漸衰減。位于樂清灣灣內(nèi)深處的東門村站處，潮汐振幅最大。樂清灣水深較淺，且入射波進(jìn)入半封閉灣區(qū)與反射波疊加易形成類駐波，從而引起灣內(nèi)振幅變大。不僅如此，灣內(nèi)的共振效應(yīng)也會(huì)引起潮波振幅的放大[11-12]。

表1 2019 年各測(cè)站潮波基本特征Table 1 Characteristics of tidal wave at each station in 2019

3.2 潮汐不對(duì)稱性的月內(nèi)變化

圖2a 至圖2e 分別為所選5 個(gè)測(cè)站在2019 年2 月、3 月潮位線、潮差與偏度變化曲線。觀察圖中曲線可知，在5 個(gè)測(cè)站中，潮汐不對(duì)稱性隨著大小潮的周期變化而變化，并且變化趨勢(shì)一致：在大潮期間偏度值達(dá)到最大值且均為正值；小潮期間偏度值達(dá)到最小值。其中，東門村站1 個(gè)月內(nèi)只有少數(shù)幾天 γ為正值，即樂清灣深處海域多數(shù)時(shí)間落潮占優(yōu)；大門島站與南麂山站漲潮占優(yōu)與落潮占優(yōu)歷時(shí)相當(dāng)；甌江口內(nèi)的龍灣站與溫洲站多數(shù)時(shí)間以漲潮占優(yōu)。

圖2 各測(cè)站2019 年2-3 月份潮位、潮差及偏度Fig.2 Tidal level,tidal range and skewness at each station during February to March of 2019

3.3 潮汐不對(duì)稱性的季節(jié)性變化

溫州灣海域內(nèi)各個(gè)測(cè)站在2019 年的潮汐不對(duì)稱性呈現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì)：偏度值先降低，在3 月、4 月達(dá)到低谷，而后逐漸增大，至6 月、7 月達(dá)到峰值后降低，9 月、10 月為又一個(gè)低谷，而后呈上升趨勢(shì)直至12 月及翌年1 月（圖3a）。5 個(gè)測(cè)站中，東門村站1 年內(nèi)偏度 γ均小于0，即樂清灣灣內(nèi)深處的東門村站處海域的潮汐不對(duì)稱性在2019 年全年為落潮主導(dǎo)；其余4 個(gè)測(cè)站偏度 γ均為正值，其中大門島站與南麂山站偏度值接近于0，說明該兩處海域的潮汐不對(duì)稱性以漲潮為主導(dǎo)，但是并不顯著；甌江口內(nèi)的龍灣站與溫州站偏度 γ值較大，溫州站處的漲潮占優(yōu)在各測(cè)站中最強(qiáng)。

3.4 潮汐不對(duì)稱性的年際變化

觀察圖3b，分析可知，溫州站在不同年份的潮汐不對(duì)稱性季節(jié)性變化趨勢(shì)基本相同：即潮汐不對(duì)稱性在夏季（6-7 月）和冬季（12 至翌年1 月）時(shí)最強(qiáng)，而春、秋季明顯減弱。但潮汐不對(duì)稱性的年均值存在明顯的年際變化。觀察曲線可知，1984 年與1990 年的偏度 γ較為接近，1990-2010 年出現(xiàn)明顯的降低，2010 年起則變化不大。根據(jù)調(diào)查，1990-2000 年間甌江口地區(qū)建設(shè)了較大的海岸工程，如甌北江涂圍墾、楊府山圍墾、永興南片圍墾等。溫州灣海域多年的岸線變動(dòng)見圖3c。

圖3 2019 年各測(cè)站年內(nèi)月均偏度變化（a）、溫州站1984-2019 年期間月均偏度值（b）和1984-2019 年期間溫州灣海域岸線變動(dòng)（c）Fig.3 Tidal skewness annual variability at each station in 2019 (a),monthly-mean of tidal skewness at Wenzhou Station from 1984 to 2019 (b),and coastline changes from 1984 to 2019 (c)

潮汐偏態(tài)指標(biāo)的下降與前期研究相符，從20 世紀(jì)90 年代起至2014 年，溫州站年際平均的高潮位增大，低潮位降低，漲潮歷時(shí)增加而落潮歷時(shí)減少[6]。由于潮差的增大與河道內(nèi)水深加深，河床高程降低、河床容積和納潮量相關(guān)，張伯虎等[6]推測(cè)潮形變化與河口至上游河段的挖沙活動(dòng)相關(guān)。他們指出，河床容積增大，會(huì)使得納潮量和漲潮流增大。此外，溫州灣附近落建的甌北江涂圍墾以及楊府山圍墾工程都會(huì)改變周遭的水動(dòng)力環(huán)境；且河口外的永興南片圍墾、定山一期圍墾等工程也會(huì)改變河口及外海的水動(dòng)力環(huán)境，因而改變潮流及納潮量。為進(jìn)一步分析潮形年際變化的主要原因，本文對(duì)分潮能量分布規(guī)律的年代際演變趨勢(shì)進(jìn)行進(jìn)一步探討。圖4 展示了各分潮在空間和時(shí)間上的分布規(guī)律。

為了便于在圖中觀察分潮振幅變化趨勢(shì)，圖4a中用于作圖的M2分潮振幅取實(shí)際值與1.0 m 的差值?？梢钥闯?，在溫洲站海域半日M2分潮振幅最大，S2次之，日潮K1分潮、O1分潮振幅較小。由圖4a 可見，在南麂山站-大門島站-龍灣站-溫洲站方向上，即從外海-甌江河口-感潮河段，天文分潮變化趨勢(shì)相同，自外海至河口內(nèi)振幅逐漸增大，至中下游振幅減小。東門村站（即樂清灣頂端）與外海相比，天文分潮振幅明顯大于其余測(cè)站。淺水分潮自外海向近岸有較小幅度的增長(zhǎng)，進(jìn)入河口后漲幅顯著增大，這與河口及灣內(nèi)的淺灘遍布、底摩阻大、漲落潮阻力增大密切相關(guān)。

圖4 2019 年各測(cè)站主要分潮振幅（a）和溫洲站1984-2019 年主要分潮振幅（b）Fig.4 The amplitude of main tidal constituent at each station during 2019 (a) and the amplitude of main tidal constituent at Wenzhou Station from 1984 to 2019 (b)

圖4b 為溫洲站處海域各年主要分潮振幅。M2和S2分潮振幅在1990-2010 年間大幅增大（0.1～0.3 m），而淺水分潮（如M4、MS4）振幅在1990-2010 年間則明顯減?。s-0.3 m）。河口地區(qū)受水深減小、底摩阻增加等因素，倍潮和合成潮的生成直接導(dǎo)致了漲落潮的歷時(shí)不對(duì)稱性且呈正偏趨勢(shì)。而上述分潮能量向半日天文分潮集中的現(xiàn)象則解釋了偏度 γ在1990-2010年間減小的態(tài)勢(shì)。在后續(xù)研究中，需要結(jié)合水動(dòng)力數(shù)值模擬進(jìn)而闡釋分潮能量演變的動(dòng)力機(jī)制。

結(jié)合3.3 節(jié)、3.4 節(jié)內(nèi)容，可知天文分潮（主要指M2、S2）振幅的增大，淺水分潮（M4、MS4等）振幅的減小會(huì)引起潮汐不對(duì)稱性中漲潮主導(dǎo)的減弱。

3.5 潮汐不對(duì)稱性枯汛期的變化

由于溫州灣海域受臺(tái)風(fēng)季以及甌江口徑流量的影響，猜測(cè)這些影響因素或與潮汐不對(duì)稱性呈現(xiàn)出季節(jié)性變化規(guī)律有關(guān)。為了進(jìn)一步了解甌江口徑流量與該地區(qū)潮汐不對(duì)稱性之間的聯(lián)系，本文選取各測(cè)站枯汛期的偏度值作比值以及溫州站不同年份枯汛期的偏度值作比值進(jìn)行比較。1984-2020 年甌江口的年均徑流量（以翻水站為例）在300～700 m3/s 之間。根據(jù)降雨量的年變化規(guī)律（圖5a），枯水期選擇為11-12 月，豐水期選擇為6-7 月。

圖5 2019 年溫州海域每月總降雨量（a）、2019 年各測(cè)站枯汛期偏度比較（b）和溫州站歷年枯汛期偏度比較（c）Fig.5 Precipitation over year 2019 in Wenzhou waters (a),scatter plots of tidal skewness in flooding season vs.dry season at different stations (b) and scatter plots of tidal skewness in flooding season vs.dry season at Wenzhou Station for different years (c)

觀察圖5b 可知，以2019 年為例，5 個(gè)測(cè)站豐水期與枯水期的比值皆接近于1，除東門村站，其余測(cè)站皆表現(xiàn)為豐水期 γ值略大于枯水期 γ值。其中，大門島站的豐水期 γ與枯水期 γ比值為1.169，龍灣站、溫州站及南麂山站的豐水期γ與枯水期γ 比值在1.045～1.097 之間。觀察圖5c 可知，1990-2019 年間溫州站處的豐水期 γ皆略大于枯水期γ，比值范圍在1.024～1.070 之間。在1984 年，其枯水期 γ略大于豐水期 γ，豐枯水期的γ比值為0.994。甌江徑流對(duì)潮汐不對(duì)稱性的作用并不顯著，這與甌江口為潮控河口，徑流量相對(duì)較小相關(guān)。

4 溫州灣海域潮汐不對(duì)稱性時(shí)間變化的機(jī)制分析

4.1 主要分潮簇的年內(nèi)變化

本節(jié)為分析各測(cè)站主要分潮組合的年內(nèi)變化，以2019 年為例，計(jì)算每個(gè)分潮簇產(chǎn)生的潮汐不對(duì)稱性貢獻(xiàn)度 β，取各站 β絕對(duì)值最大的7 個(gè)分潮簇列表2。其中，東門村站最主要3 個(gè)分潮簇（按照 β絕對(duì)值大小，下同）依次為M2/M4、M2/S2/MS4與O1/K1/M2，大門島站為M2/S2/MS4、O1/K1/M2與M2/M4，溫州站、龍灣站為M2/M4、M2/S2/MS4與M2/N2/MN4，南麂山站為O1/K1/M2、M2/S2/MS4與K1/M2/MK3。

表2 各測(cè)站2019 年7 個(gè)主要分潮簇Table 2 The seven primary combinations of tidal constituents at each station in 2019

由圖6a 至圖6c 可見，在東門村站處，M2/M4與M2/S2/MS4分潮簇的 β在一年內(nèi)皆小于0，即潮汐偏態(tài)以落潮為主導(dǎo)。而在龍灣站與溫州站位置，M2/M4、M2/S2/MS4的 β均為正值，且各分潮簇在溫州站處的β明顯大于龍灣站處對(duì)應(yīng)的 β，即在甌江口內(nèi)各分潮組合產(chǎn)生的潮汐不對(duì)稱性為漲潮主導(dǎo)型不對(duì)稱，并且從河口向上游增強(qiáng)。在甌江口外的大門島站，3 個(gè)主要分潮組合的 β皆為正值，但明顯小于龍灣站與溫州站處的 β值。不同于東門村站、龍灣站及溫州站，大門島站處前二主要分潮簇依次為M2/S2/MS4與O1/K1/M2，分潮簇M2/M4的貢獻(xiàn)在減弱。到了遠(yuǎn)離岸線的南麂山站，分潮簇M2/M4已不屬于3 個(gè)主要分潮組合。而分潮組合M2/S2/MS4、O1/K1/M2的則相反，其潮汐偏態(tài)逐漸向外海增強(qiáng)，除樂清灣以外，皆為漲潮主導(dǎo)潮型。

圖6 2019 年各測(cè)站最主要3 大分潮簇對(duì)潮汐不對(duì)稱性的貢獻(xiàn)度月際變化Fig.6 Monthly variability of the contribution to tidal duration asymmetry from the top three primary combinations of tidal constituents at each station in 2019

從圖6 可以發(fā)現(xiàn)，各個(gè)分潮簇的 β值在年內(nèi)均存在季節(jié)性變化，圖6 右下角的圖例由深變淺代表1-12 月份，所對(duì)應(yīng)的0.05 或0.005 代表潮汐偏度值，即圖6 中柱狀圖的參考高度。為進(jìn)一步分析季節(jié)性變化的強(qiáng)度，圖7計(jì)算了各測(cè)站前三分潮組合的 β月均值與年均值的比值。圖7a 顯示了每個(gè)測(cè)站年 β值最大的分潮組合：東門村站、龍灣站及溫州站為M2/M4，大門島站為M2/S2/MS4，南麂山站為O1/K1/M2。觀察可知，近岸的東門村、龍灣站、溫州站處M2/M4分潮組合季節(jié)變化較之其余測(cè)站變化并不明顯，在3-5 月間 β有微弱減小，而后略微升高，在8 月時(shí)達(dá)到一年中的最大值，8-11 月 β繼續(xù)降低，1-3 月、11-12 月期間 β略微呈升高趨勢(shì)。大門島站、南麂山站處的最大分潮組合的 β存在類似的明顯季節(jié)變化，1-3 月 β值明顯降低，在3 月達(dá)到最低值，而后迅速增大，6 月時(shí)達(dá)到最大值，6-9 月再繼續(xù)降低至低值，而后呈現(xiàn)明顯增大趨勢(shì)。

圖7b 代表每個(gè)測(cè)站年 值第二的分潮組合：東門村站、龍灣站、溫州站及南麂山站為M2/S2/MS4，大門島站為O1/K1/M2。其變化趨勢(shì)皆與大門島站的M2/S2/MS4，南麂山站的O1/K1/M2類似，存在明顯的季節(jié)變化，大門島站的分潮組合 β值在1-2 月、6-9 月呈明顯減小趨勢(shì)，3-6 月、9-12 月則呈現(xiàn)為明顯的增大趨勢(shì)。其余測(cè)站其變化趨勢(shì)與大門島站處類似，但其變化存在1 個(gè)月的延遲。

圖7c 代表每個(gè)測(cè)站年 β值第三的分潮組合：東門村站為O1/K1/M2、大門島站為M2/M4、龍灣站和溫州站為M2/N2/MN4、南麂山站為K1/M2/MK3。各站分潮組合的 β值均存在顯著季節(jié)變化。東門村站、龍灣站、溫州站處的分潮組合 β值在3 月、10 月達(dá)到低值，6 月達(dá)到高值；大門島站的分潮組合M2/M4的 β值變化趨勢(shì)與東門村站、龍灣站、溫州站處的M2/M4變化相似，季節(jié)性變化較不明顯；南麂山站處其分潮組合的β值在4 月、10 月達(dá)到低值，7 月達(dá)高值。

可見，天文分潮M2及其第一倍潮M4在4 個(gè)測(cè)站位置產(chǎn)生的潮汐不對(duì)稱性在年內(nèi)較為穩(wěn)定，季節(jié)變化小，并且在越近岸處對(duì)潮汐不對(duì)稱性的貢獻(xiàn)越大，隨著逐漸遠(yuǎn)離岸線，其貢獻(xiàn)逐漸減小。其余分潮簇則存在明顯的季節(jié)變化，在冬季與夏季對(duì)潮汐不對(duì)稱性的貢獻(xiàn)最為顯著，在春季與秋季對(duì)潮汐不對(duì)稱性的貢獻(xiàn)則最弱。

4.2 主要分潮簇的年際變化

圖8 為龍灣站與溫州站在不同年份5 個(gè)主要分潮簇對(duì)潮汐不對(duì)稱性的貢獻(xiàn)值（圖8a1，圖8b1）及占總不對(duì)稱性指標(biāo)權(quán)重（圖8a2，圖8b2）。觀察圖8a1、圖8b2 可知，在選取的年份中，對(duì)溫州站處潮汐不對(duì)稱性產(chǎn)生正影響的前三分潮簇保持為M2/M4、M2/S2/MS4、M2/N2/MN4，其對(duì)溫州站處潮汐不對(duì)稱性產(chǎn)生正偏作用的貢獻(xiàn)度在減小。另一方面，在1984 年與1990 年，對(duì)潮汐不對(duì)稱性向落潮主導(dǎo)方向產(chǎn)生貢獻(xiàn)最明顯的分潮組合為MU2/S2/M4。在1984 年和1990 年未觀測(cè)到其β值的明顯變化，其對(duì)落潮主導(dǎo)的潮汐不對(duì)稱性貢獻(xiàn)度逐漸減少，權(quán)重減??；而在2000年 β值為負(fù)的主要分潮簇為M2/M4/M6、M2/MS4/2MS6，負(fù)偏分潮簇的權(quán)重相較2000 年之前增加，對(duì)落潮主導(dǎo)的潮汐不對(duì)稱性貢獻(xiàn)度逐漸增加。由圖8b1、圖8b2可見，龍灣站與溫州站前三的分潮簇相同，且貢獻(xiàn)度均為正值。此3 大主要分潮簇對(duì)龍灣站的潮汐不對(duì)稱性貢獻(xiàn)度呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，其所占權(quán)重在2006-2016 年間趨于減小，而在2016-2019 年間稍有增加。

圖8 溫州站與龍灣站不同年份的主要分潮組合對(duì)潮汐不對(duì)稱性的貢獻(xiàn)度和占總不對(duì)稱性指標(biāo)權(quán)重Fig.8 Contributions and weights to tidal duration asymmetry by primary combinations of tidal constituents at Wenzhou Station and Longwan Station of varied years

為進(jìn)一步檢驗(yàn)上述演變趨勢(shì)的顯著性，本文以溫州站2000-2019 年豐水期典型6 月及11 月內(nèi)分潮簇M2/M4、M2/S2/MS4、M2/N2/MN4對(duì)潮汐不對(duì)稱性的月貢獻(xiàn)度 β以及月潮位偏度 γ為研究對(duì)象，采用Mann-Kendall 檢驗(yàn)Z值法進(jìn)行趨勢(shì)和躍變性檢驗(yàn)，給定顯著性水平 α=0.05。當(dāng)Z＞0 時(shí)，說明變量呈上升趨勢(shì)，Z＜0時(shí)，呈下降趨勢(shì)。95%顯著區(qū)間的上下線為Z=±1.96，檢驗(yàn)值Z列于表3，根據(jù)Mann-Kendall 突變檢驗(yàn)繪制UF曲線見圖9。

由表3 可見，分潮簇M2/M4在6 月、11 月的貢獻(xiàn)度與月潮位偏度 γ都存在著顯著的下降趨勢(shì)，并且6 月的下降水平顯著高于11 月。而分潮簇M2/S2/MS4、M2/N2/MN4的下降趨勢(shì)不明顯。這說明在溫州站潮汐不對(duì)稱性的減弱主要受到分潮簇M2/M4貢獻(xiàn)度下降的影響。

表3 溫州站2000-2019 年6 月和11 月份主要分潮簇對(duì)潮汐不對(duì)稱性貢獻(xiàn)值及月潮位偏度Mann-Kendall 檢驗(yàn)值Table 3 Mann-Kendall test value of contributions to tidal duration asymmetry by primary combinations of tidal constituents and tidal skewness at Wenzhou Station in June and November over 2000 to 2019

由圖9 可知，分潮簇M2/M4在豐水期6 月的貢獻(xiàn)度在2002-2012 年之間下降，其中2008-2012 年間下降趨勢(shì)顯著，但沒有顯著的躍變節(jié)點(diǎn)。分潮簇M2/M4在枯水期11 月的貢獻(xiàn)在2003-2016 年之間下降，并在2011 年發(fā)生躍變，此后下降顯著。豐水期潮位偏度躍變年份在2006 年，而枯水期潮位偏度躍變發(fā)生在2007 年。這一影響主要源自分潮簇M2/M4對(duì)潮汐不對(duì)稱性漲潮主導(dǎo)的貢獻(xiàn)下降。枯水期和豐水期的潮汐偏態(tài)和主要分潮簇的發(fā)展趨勢(shì)在溫州站總體較接近，年限上略有差異。這說明與河口和上游地區(qū)的人類活動(dòng)（圍墾等）相比較，年內(nèi)的主要環(huán)境變量如降雨、徑流的干擾性相對(duì)較弱。上述下降趨勢(shì)顯著開始的年份和躍變節(jié)點(diǎn)也與甌江口大規(guī)模的淺灘一期圍墾工程時(shí)間上密切對(duì)應(yīng)：該工程于2006 年開始施工，于2011 年完成。說明河口大規(guī)模的施工和施工后岸線的重塑對(duì)甌江口的地形和徑潮運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了明顯的作用。

圖9 溫州站 2000-2019 年典型月份主要分潮簇對(duì)潮汐不對(duì)稱性的貢獻(xiàn)β 值及偏態(tài)指標(biāo)γ 值 Mann-Kendall 躍變檢驗(yàn)結(jié)果Fig.9 Test result of Mann-Kendall break of contribution to tidal duration asymmetry from the primary combinations of tidal constituents denoted by β and tidal skewness index (γ) in typical months at Wenzhou Station from year 2000 to 2019

5 討論

在開敞式海域，外海向近岸方向上，潮差與潮汐偏態(tài)往往同步上升。然而，感潮河段（溫州站）相對(duì)河口潮差減弱，但潮汐偏態(tài)持續(xù)增高。經(jīng)分析，主要原因在于M2、S2兩大主要分潮的能量在感潮河段持續(xù)減弱（振幅減小10%～12%），而淺水分潮M4、MS4、MN4能量急劇攀升（振幅增加850%～1 200%）。半日分潮的能量迅速向倍潮及合成分潮轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致甌江河口上游潮差與潮汐偏態(tài)不一致的主要原因。

潮汐偏態(tài)在甌江河口的年際變動(dòng)則與淺水分潮能量的減少及半日分潮能量的增加有關(guān)。經(jīng)分析，截至2019 年，除去18.61 a、8.85 a 等長(zhǎng)周期變化后，M2分潮振幅、S2分潮振幅較1984 年分別增大了19%、21%；而M4分潮振幅、MS4分潮振幅則減小了20%左右。由于分潮簇中相對(duì)相位變化不超過7%，淺水分潮振幅相對(duì)半日分潮的振幅銳減（-40%～-20%），主導(dǎo)了潮汐偏態(tài)的年際變化。溫州灣海域在1990-2010 年期間大量岸線加固和圍墾工程（圖5c）使得甌江口和感潮河段兩側(cè)淺灘消失可能是主導(dǎo)淺水分潮能量下降的主要原因。潮差加大使甌江口兩岸高水位發(fā)生概率增加；另一方面漲潮占優(yōu)減弱，使得甌江口底沙及淡水營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向海運(yùn)動(dòng)幾率增大。

6 總結(jié)

本文通過對(duì)溫州灣海域潮位資料的系統(tǒng)研究，分析了該海域潮汐不對(duì)稱性的時(shí)空分布特征和內(nèi)在機(jī)制。主要結(jié)論如下：

（1）溫州灣海域以漲潮占優(yōu)為主，在地理空間分布上，潮汐不對(duì)稱性與潮差分布有所不同。潮差從外海至河口及灣內(nèi)呈現(xiàn)出逐漸增大的規(guī)律，在甌江口上游逐漸減小。而潮汐不對(duì)稱性在甌江河口上游持續(xù)增大，但在樂清灣內(nèi)則減小，甚至呈落潮占優(yōu)。

（2）在溫州灣海域，潮汐不對(duì)稱性和潮差均存在明顯的大小潮周期性，相位亦相同。

（3）溫州灣海域潮汐不對(duì)稱性有著季節(jié)性變化和年際變化特征；20 世紀(jì)90 年代后，潮汐不對(duì)稱性呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，這與甌江河口頻繁的圍墾存在一定的聯(lián)系。

（4）導(dǎo)致海域潮汐不對(duì)稱性的主要分潮簇為M2/M4、M2/S2/MS4、M2/N2/MN4、O1/K1/M2。其中，分潮組合M2/M4的 β值年內(nèi)變化不明顯，而分潮組合如M2/N2/MN4、M2/S2/MS4、O1/K1/M2的 β值則表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化。主要分潮簇的正偏貢獻(xiàn)率在2000 年后均減小，是造成漲潮占優(yōu)趨于減小的主要原因。