浙江近海夏季流场特征分析

李鹏;王思荐;李延刚;秦渭华

【摘 要】为了揭示浙江近岸流场特征及沿程变化规律,于2006年和2009年夏季在浙江岸外3个固定点利用ADCP潜标进行了多个潮周期分层海流流速、流向观测.研究结果表明:(1)浙江沿岸流在中北部海域(A和B站位)为旋转流,流向呈顺时针方向旋转,在南部(C站位)涨潮流方向基本为北向,落潮方向为东偏北向;各站位海流在垂向上流向较一致.(2)3个站位垂线平均流速相近(44.4～51.1cm/s),但平均流速的垂向分布差异明显;各站的最大流速均大于110 cm/s,且均出现在大潮涨急时刻.(3)观测期间,A(北部)、B(中北部)和C(南部)站位平均余流的大小分别为21.9,12.3和22.3cm/s;受长江冲淡水影响,A和B站位中上层余流为西南向,从中层向底层流向呈逆时针方向偏转,下层流向呈东南向,可能为台湾暖流牵引所致,C站位余流流向在垂向较为一致,均为东北向,主要受季风影响.(4)夏季浙江沿岸流在沿浙江沿岸北上的过程中,在浙江中部(B和C站位中间)逐渐向东偏转(可能受台湾暖流的牵引),流经海域水深变大.(5)在夏季长江径流量偏小时段,浙江中北部近岸海域也存在向南的沿岸流(同冬季),其范围从长江口以南一直至浙江中北部.浙江近岸海流受季风、长江冲淡水和台湾暖流共同制约,但各区域的主要受控因素不同. 【期刊名称】《海洋学研究》 【年(卷),期】2014(032)003 【总页数】10页(P16-25)

【关键词】流场;夏季;沿程变化;浙江近海 【作 者】李鹏;王思荐;李延刚;秦渭华

【作者单位】国家海洋局东海预报中心,上海200081;国家海洋局东海预报中心,上海200081;国家海洋局东海预报中心,上海200081;国家海洋局东海预报中心,上海200081

【正文语种】中 文 【中图分类】P731.2

近岸海流是研究泥沙输运、各种污染物的传输过程、生物和化学过程的基础［1-3］，其时空变化在海洋物质通量和陆海相互作用等研究中具有重要的科学意义［4-5］，对研究沿海经济发展和环境变化起着十分重要的作用。浙江海域在海洋动力环境上主要受长江冲淡水、浙闽沿岸流和台湾暖流的影响，而近岸海域主要为长江冲淡水和浙闽沿岸流所控制，受东亚季风影响其时空变化显著［6-7］。因其动力环境较为复杂，国内外学者已做了大量研究工作，如谷国传等［8］、张彩云等［9］和LI et al［10］研究了浙江近岸流系和长江泥沙的沿岸输运及与风的关系，30%长江悬浮泥沙从长江口被沿岸流沿着海岸向西南方向运移，形成了浙闽沿岸泥质沉积带［4-5，11-12］；刘宝超等［13］利用数值模拟方法研究了夏季风对长江冲淡水扩散的影响；BEARDSLEY et al［14］、朱建荣等［15］和周锋等［16］现场观测了夏季长江冲淡水的扩散并探讨了其动力机制；BAO et al［17］研究了东海的潮汐和潮流特征；LI et al［10］用温、盐变化研究了东海水团和流系的变化；魏泽勋［18］利用数值模拟方法研究了中国近海环流及其季节变化；陈倩等［19］利用多站位潮周期资料分析了浙江近海潮流和余流特征。但是，这些成果基本都是基于数值模拟、遥感和短期观测结果得出的研究成果，且大都是把浙江近岸海流放在东海或中国近海范围内进行的宏观研究，关于浙江近海海流的时空变化特征缺乏针对性研究，特别是缺少浙江近岸海域的长期连续、定点观测的实测资料验证。虽曾定勇等［20］利用海床基ADCP观测研究了浙闽沿岸流与台湾

暖流在浙南海域的时空变化，但其只研究了冬季的情况。为深化对浙江夏季沿岸海流的认识，本研究于2006年7—8月（1个月）和2009年8月（大、小潮）在浙江近岸的3个站位采用潜标方式进行了夏季的连续剖面海流观测，以期为浙江近岸夏季流场特征的研究提供基础资料。

浙江近海是强潮海域，为长江冲淡水和浙闽沿岸流的控制区。长江冲淡水扩散存在明显的季节性变化，6—8月为朝东北方向扩展时期，10月至次年4月为沿岸南下时期，5月和9月分别为冲淡水由南下转向东北和由东北转向南下的过渡时期［21］。浙闽沿岸流也受季风显著影响，夏季沿闽浙沿岸自西南向东北流，流幅较宽，流速较强，一般为20 cm/s左右［22］，冬季受偏北季风控制，它贴岸南流，流幅变窄，流速较弱［23］。台湾暖流位于浙闽沿岸流的外侧，除冬季其表层可能受偏北风的影响，流向偏南外，其余各层流向变化不大，大致在50～100 m的等深线之间全年向北流，夏强冬弱，流速为15～40 cm/s，当到达长江冲淡水远岸段时，逐渐减弱为10～20 cm/s［6，24］。

3个观测点从北至南分布在浙江近海（图1），A（北部）、B（中北部）和C（南部）站位的平均水深分别约为42，29和32 m。2009年8月对A站进行夏季小潮至中-大潮连续海流观测，2006年7月22日—8月 21日对B和C站位进行了1个月的连续海流观测。观测利用坐底式潜标方式，潜标采用防拖网架，置于海底，内安装声学多普勒海流剖面仪，传感器方向朝上。多普勒海流剖面仪使用美国Son Tek公司（B和C站位）和RDI公司（A站位）的ADCP，观测要素主要为流速、流向和压力（水深），3次海流观测的时间、垂向分层厚度和仪器的参数设置信息如表1所示。C站位观测压力数据丢失。观测期间仪器的姿态良好，传感器X和Y方向的倾角均＜5°。B和C站观测时间为1个月，在进行大、小潮对比时采用观测期间的2次典型的大潮（7月25—26日和8月11—12日）和小潮（8月4—5日和8月17—18日）数据；由于A站观测时间相对较短，只观测了

小潮和中-大潮（农历7月15日），在和B、C站大潮对比时为中-大潮和大潮的对比。涨、落潮根据水位、流向和ADCP声强信号判断。由于海面随潮位的升降，水深也时刻在发生变化，导致海流剖面的有效观测深度也随潮位变化，因而不同时刻的垂向观测层数也存在差异，文中采用从上往下第1个具有连续有效数据的观测层及以上部分（随潮位波动不连续层）作为表层。观测期间研究海域余流的计算结果为混合余流（矢量合成法），即包括径流、密度流、风致余流以及地形引起的余流等（均为闭合潮周期）。

风的资料（平均风速）来自东海区2个业务化观测大型海洋测量浮标（位置见图1），风速风向仪采用美国Young公司05103型。A站位观测期间，风采样间隔为1 h；B和C站位观测期间，风采样间隔为3 h，当最大风速大于17 m/s时，采样间隔加密为1 h。长江（大通站）径流资料来自水利部长江水利委员会。 3.1 流向

浙江近岸海域海流流向自北向南存在明显差异。

A站海流除表层外兼具旋转流和往复流的特征，越接近底层旋转流特征越显著，大潮的旋转流特征较小潮显著（图2）。涨潮方向以偏南向为主，涨潮开始方向为150°左右，涨潮过程中潮流方向呈顺时针方向旋转，至300°左右涨至最高潮位，然后开始落潮过程，落潮流方向同样呈顺时针方向旋转。在垂向上涨、落潮方向存在差异，例如在中潮（9月1日）22.5 m层以上海流涨、落潮均为偏南向。38.5 m层以上受风况影响显著，基本为偏南向流。

B站位海流基本为旋转流（图3）。涨潮方向为西向，涨潮开始方向约为180°，涨潮方向呈顺时针方向旋转，至约360°时水位最高达到涨憩，涨潮结束，随即开始落潮，落潮呈东向，落潮方向同样呈顺时针方向旋转，至约180°时水位达到最低，落潮结束。在垂向上，各层流向基本一致，但小潮的18.5 m层以上涨、落潮均以南向流为主。表层海流受持续偏南风影响，流向基本为北向。

C站位海流以偏北向为主，表、底层流向基本一致（图4）。涨潮流方向基本为北向，落潮流方向为东偏北向。大潮时涨潮基本从约30°开始，先呈逆时针方向旋转，涨急的方向为330°～340°，涨急以后流向开始顺时针旋转，到约30°时涨潮结束；接着落潮开始，落潮方向约为30°～90°，落潮方向从约30°开始，落潮流呈顺时针方向旋转，落急流向约为90°，落急后流向又按逆时针方向旋转，落憩时约为30°。即在1个潮周期过程中，测点的流向基本上是在330°和90°间的1个角度为120°的扇形范围内旋转变化。小潮的涨、落潮规律和大潮一样，但小潮的涨急和落急的角度均比大潮右偏约10°（图4）。 3.2 流速

浙江近岸海域水平流速总体较大。由表2可知，3个站位垂线平均流速相近（差异＜10 cm/s），B站流速略大于南、北两个站位，C站位的最大垂线平均流速最大，各站位大潮流速均大于小潮。观测期间，各站的最大流速均大于110 cm/s，A站最大流速达到185.5 cm/s，出现在表层的大潮涨急时刻；B站位最大流速为112.2 cm/s，出现在中层（10.5 m层）的大潮涨急时刻；C站最大流速为129.1 cm/s，出现在中上层（23.5 m层）的大潮涨急时刻，所以最大流速均出现在大潮的涨潮阶段。各层的最小流速差异较大，均出现在小潮的憩流阶段，A站除表层受风应力影响达到20.1 cm/s外，其他各层为0.1～3.6 cm/s；B站中下层（8.5 m层以下）最小流速较大（12～20 cm/s，图3），中上层均＜5 cm/s；C站各层最小流速较为接近（1.8～5.5 cm/s）。

平均流速的垂向分布差异较大（图5）。观测期间，A站表层受风应力的影响流速最大，大、小潮平均流速达到89.9 cm/s，次表层（36.5 m层）以下相对稳定；小潮流速在垂向上变化较小（差异＜8 cm/s）；大潮流速明显大于小潮（为小潮的1.7～2.3倍），大潮流速基本呈“S”型，底层流速最小（36.6 cm/s），其次是中层，中下层和中上层流速较大（＞50 cm/s）；中—大潮的变化趋势同大潮。

B站位流速在垂向上，大潮呈外凸型，表层和底层流速较小，中下层最大（6.5～12.5 m层平均流速均＞75.0 cm/s）；而小潮流速从底层向表层逐渐增大，表层流速最大达到54.5 cm/s，为底层流速的2倍；月均流速同样呈外凸型，流速从底层迅速增大，至8.5 m层达到最大（57.3 cm/s），然后向上逐渐减小，到16.5 m层流速逐渐稳定。C站位，月均流速在垂向上底层最小（30.7 cm/s）向上逐渐增大，8.5 m层以上流速相对稳定（各层差异＜5 cm/s）；小潮流速垂向差异很小；大潮时流速从底层基本呈指数增长，中层以上流速较稳定，大潮流速为小潮流速的2.3～2.7倍。

另外，研究海域垂向上各层流速存在涨、落潮差异。A站位，大潮期间，中上层（28.5 m层）涨潮流速大于落潮流速，中下层则为落潮流速略大于涨潮流速；小潮期间，除底层外涨潮流速均大于落潮。B站位，无论大、小潮，涨潮流速均大于落潮流速（涨潮为落潮的1.0～1.4倍）。C站位，落潮流速均略大于涨潮流速。 3.3 余流

观测期间，A、B和C站位平均余流的大小分别为21.9，12.3和22.3 cm/s，A和B站位余流流向为南偏西向（196.8°和190.5°），C站位余流流向为东北向（44.5°）。

整个观测期间A站位余流较强，特别是表层可能受海况和长江冲淡水影响，余流流速达50 cm/s以上；表层以下垂线平均流速为19.1 cm/s，底层余流流速最小（6.35 cm/s），自底层向上先逐渐增大后减小，至中上层余流流速最大（28.5～32.5 m层均大于25 cm/s），向上层略微减小。中-大潮期间垂向余流流速变化趋势同整个观测期间垂向变化类似，而小潮的余流是中下层流速最大（6.5～12.5 m层均大于10 cm/s），中上层流速较小（平均为7.0 cm/s）。整个观测期间各层平均余流均为偏南向，表层以下（表层受风况影响为西南向）至底层流向呈逆时针偏转，从西南向（38.5 m层，227.7°）逐渐转为南向（12.5 m层，180.1°）后为

南偏东向。大潮期间，表层以下向底层先从西南方向呈逆时针方向旋转，至26.5 m层转为正南，然后继续按逆时针方向旋转至东南方向（12.5 m层，121.1°），然后开始顺时针方向旋转再至南向（底层，176.8°）。小潮期间表层以下至底层余流流向同样按逆时针方向旋转（西南→南→东南）（图6）。

B站位余流流速在垂向上自表层向底层递减（表层受风况影响较大），次表层流速最大，底层流速最小，月均的垂线平均流速为12.7 cm/s，大潮和小潮的垂线平均流速分别为18.2和26.1 cm/s。小潮余流流速明显强于大潮和月均余流（图6），可能是该海域主要为长江冲淡水控制，大潮潮流较强对冲淡水有一定的顶托作用，同时也说明该海域海流时间变化较为复杂。余流流向均为南向和偏南向，在垂向上从表层至底层呈逆时针方向旋转，中上层为南偏西向，中下层为南偏东向。 C站位夏季余流较强，观测期间的垂线平均流速为22.9 cm/s，中层（14.5～20.5 m）流速相对较大（＞25 cm/s），向底层和表层递减，表层最弱。大潮垂线平均流速为40.7 cm/s，为小潮的2.8倍，对应层的流速是小潮的2.5～4.0倍。各层平均余流均为东北方向（表层受风况的影响流向为北北东方向），大潮各层的流向比小潮右偏约7°～15°（图6）。

浙江近岸存在的沿岸流是典型的季风环流，其运行路线特征会受季风、台湾暖流盛衰及长江冲淡水的影响，发生明显的季节变化［7，25］。 4.1 风况对海流的影响

表层海流受短时风况的影响显著。因短时风应力（摩擦）直接作用于表层海流，使表层海流对短时风况响应明显（图2～图4）。从图2可看出，A站位表层海流基本偏南向，表层流速明显大于次表层流速（图5），同样，由于为单一流向，表层余流流速明显大于次表层余流流速（图6），主要是因为观测期间该海域持续吹东北风（风向20°～80°），平均风速为7.8 m/ s（图2），影响范围仅限于距海底40.5 m以上水体。从图3和图6可看出，B站位表层流速明显变小，尤其在大潮

时（8月11—13日）表层流速明显小于中下层甚至底层，流向也基本为偏北向，表层的余流流速明显小于表层以下相邻层流速，大潮余流的流向出现了和表层以下流向相反的西北向（334.5°），这主要由于观测期间（1个月）该海域持续吹东南风（100°～150°，月平均风速为7.9 m/s，8月11—13日的平均风速达到20 m/s以上）引起，同样风应力影响只局限在表层。C站位，虽然观测期间大部分吹偏东南风（100°～190°，平均风速为6.2 m/s）（图4），和流向基本一致，但8月16—21日站位海域改为西北风，平均风速达10.8 m/s，因此该站位表层月均流速并没有明显增大（图5）。 4.2 季风对海流的影响

浙江近岸海流因其流层浅，易受风的影响，夏季，受偏南季风的影响，沿岸流顺海岸向东北方向流动，秋、冬、春季有自东北向西南的东海沿岸流产生（长江口及其以南）［7，26］。浙江近海夏季主要吹偏南风，但在3个站位中，仅有最南部的C站位余流为东北向，说明夏季风对C站位的影响最为显著，而对A和B站位影响不明显（余流和季风风向相反）。从图1可看出夏季浙江沿岸流基本沿30～40 m等深线向东北方向流动，在本次观测中，仅有浙江偏南部的C站位余流方向为东北向，A和B站位的余流方向中上层均为西南向，中下层为南偏东向，和C站位余流方向相反，由此可推断夏季浙江沿岸流（东海沿岸流）在沿浙江沿岸北上的过程中，在浙江中部（B和C站位中间）逐渐向东偏转（可能受台湾暖流的牵引），流经海域水深变大。 4.3 长江冲淡水对海流的影响

长江径流量为893×109m3/a（1951—2012年），其巨大径流对海水的冲淡作用极为显著，扩散范围很广。本次观测期间，A和B站位的余流流向中上层均为西南向，中下层为南偏东向，和夏季风的风向相反，存在该现象的主要原因可能是该海域主要为长江冲淡水所控制，而其影响范围从长江口以南一直至浙江中北部，

形成南向的沿岸流（同冬季），在舟山南部（B站位）的平均流速（余流）仍达到19.1 cm/s。

在枯水季节，冲淡水在科氏力作用下主要沿近岸向南扩展，对杭州湾及浙江沿岸影响显著，在洪水季节冲淡水在122°10＇～122°30＇E向东北方向扩散［16，21］。乐肯堂［27］和赵保仁［21］认为长江径流量的大小是夏季冲淡水扩展及转向的主要原因之一，这一径流量的临界值约为（3.6～4.0）×104m3/s。观测期间，2006年夏季（洪季）是长江径流的特枯年，7—8月平均径流仅为

2.9×104m3/s（2009年8月25日—9月5日长江径流量为3.8×104m3/s），明显低于冲淡水转向的临界值，虽然为洪季，长江冲淡水也主要沿近岸向南扩散，所以就形成了夏季浙江中北部沿海海域向南的沿岸流。出现该现象的原因也可能为长江冲淡水的提前向南下过渡，或者扩展态势发生变动的影响所致［28］。 4.4 台湾暖流对海流的影响

除季风和长江冲淡水外台湾暖流对海流的影响也较明显。台湾暖流是沿闽浙近海至长江口以南海域自西南流向东北的一支海流，位于东海沿岸流的东侧，对东海西部影响显著［6，24］，随着接近海底其范围向岸靠近，在底层影响可达30 m等深线附近［20］。浙江近岸海域处在台湾暖流西缘，夏季台湾暖流比较强，近岸海域受台湾暖流的扩散影响和牵引作用相当明显。C站位位于浙江偏南部，由于夏季西南季风强劲，使该站位海域被东北向余流控制，但整个剖面余流均较强，近底层的平均余流达16.8 cm/s，这是由于高盐、高温、密度大的台湾暖流下层水体对近岸流具有牵引作用，使得C站位海域的下层水体的余流也较强，而在垂向上中层余流最大（14.5～20.5 m层），可能是由于中层受季风（季风对中层以下水体作用逐渐减弱）和台湾暖流共同作用，使余流流速加强。位于浙江近岸中北部的A和B站位，中下层至底层余流流向呈逆时针偏转（逐渐东偏），出现该现象的原因可能是台湾暖流下层向近岸扩展，对近岸流有一定的牵引作用，至中层牵引作用

逐渐减弱，长江冲淡水扩散作用逐渐占主导地位。

根据在夏季对浙江近岸海域3个站位定点连续剖面海流观测可知：

（1）浙江沿岸流在中北部海域（A和B站位）为旋转流，流向呈顺时针方向旋转，在南部（C站位）涨潮流方向基本为北向，落潮方向为东偏北向。

（2）各站位垂向上流向较为一致，海域内流速相近，垂线平均流速为44.4～51.1 cm/s。

（3）浙江近岸海流的特征受季风、长江冲淡水和台湾暖流共同制约，但各区域的控制因素不同，季风对南部海域（C站）影响较为显著，余流方向为东北向，和季风方向一致；长江冲淡水主要影响浙江中北部海域，当长江径流量较小时，长江冲淡水向南扩散明显，其影响范围从长江口以南一直至浙江中北部，使得该海域夏季也存在向南的沿岸流（同冬季）；夏季浙江沿岸流在沿浙江沿岸北上的过程中，可能受台湾暖流的牵引，在浙江中部（B和C站位中间）逐渐向东偏转，流经海域水深变大。另外，风况对表层海流的影响显著，甚至出现单一向流。

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