江苏近海物理海洋与海洋气象的时空分布特征

2009-11-29冉琦

长江大学学报(自科版) 2009年10期

关键词：向海沙洲长江口

冉琦

南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室，江苏南京210093 (南京大学海岸海洋科学系，江苏南京210093)

江苏近海物理海洋与海洋气象的时空分布特征

冉琦

南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室，江苏南京210093 (南京大学海岸海洋科学系，江苏南京210093)

以江苏近海调查取得的冬季和夏季ADCP、CTD数据为基础,利用GIS方法分析了江苏近海水温的平面分布特征，并在Arcgis平台上绘制了江苏近海海流的矢量图,以此对江苏近海的水温、海流等海洋物理要素的时空分布特征和相互关系进行了综合分析。结果表明, 江苏近海物理环境可以分为3大区域：废黄河口以北的北部海区，中部辐射沙洲海区和南部长江口附近海区。

江苏近海；时空分布；海洋物理要素

江苏近海是支撑江苏经济发展的重要海域，对其海洋物理要素时空分布特征的分析,是进行相关海洋科学研究、数值计算与预报及海洋制图过程中非常重要的步骤[1]。对海洋物理环境要素分布特征的详细了解不仅有助于揭示其海洋环境演变的规律，保障海洋环境质量与渔业资源安全，服务国防安全和维护海洋权益，同时也将丰富全球变化研究的基础理论，并为建立具有区域特色的海洋环境演变理论体系奠定基础[2]。

我国曾在20世纪50年代和80年代对江苏近海进行大规模的调查[3],目前正在进行的江苏近海海洋综合调查与评价，作为908调查的一部分，是本世纪开展的首次大规模调查。笔者根据江苏近海调查结果, 对江苏近海冬夏季节的海洋物理环境要素的时空分布特征进行初步分析，为江苏近海海洋环境演变及各海洋要素的生物过程、化学过程和沉积过程的深入研究提供参考。

1 研究区域概况

研究区域为江苏沿海近海区域(119°30’～122°00’E, 31°40’～35°10’N)。该区以季风气候为主，处于暖温带向北亚热带过渡区域，受海洋性和大陆性气候双重影响[4]。历史上长江黄河的入海径流对塑造江苏海岸地貌起到了重要作用，丰富的泥沙供应使得江苏沿岸基本为淤泥质海岸[5]。研究海区主要受潮汐作用影响，北部除了无潮点附近为不正规日潮外，其余多属不正规半日潮，小部分区域是正规半日潮；南部海区受东海传来的前进驻波影响，多为正规半日潮[6]。江苏沿岸南部海域平均潮差为2.5～4m。北部海域在无潮点附近的平均潮差只有0.1m。琼港与小洋港一带为该海区潮差最大区，平均潮差可达3.9m以上，长沙港北达6.45m，东沙为5.44m[3]。

2 数据来源和研究方法

数据来源于2006-07-17～2007-08-11以及2006-12-21～2007-01-25两个航次所获得的江苏近海调查的ADCP和CTD数据(ADCP为声学多普勒流速剖面仪；CTD为温盐深仪)。采用等距离布点法设置测站69个，利用ADCP测量获得各个站点的流速剖面，利用CTD获取各站点温度、盐度、密度剖面，同时对水色、能见度、波浪状况等进行观测。

对海水温度、盐度、密度以及流速数据的分析步骤主要为：

1)数据预处理首先对原始ADCP和CTD数据资料数据转换、数据过滤(要计算原始观测资料的标准偏差)。当数据点的标准偏差超出给定的范围(±2×标准偏差)时，该数据点被剔除，重新计算平均值。上述过程重复进行，直到所有数据均满足给定的极限要求[7]。

2)获得结果数据预处理之后得到可直接利用数据表格，这主要是各个站点的由表层至底层及垂线平均流速流向，各水深层的温度、盐度、密度及电导率数据，以及相关的海面气象状况和经纬度等。将结果数据作为各个站点的属性数据输入已有的数字地图。

3)地理空间分析利用数字化的江苏近海地形图，以Arcgis为软件平台，采用克里格插值(Kriging)法对各个站点的水温数据进行表面分析，得到冬夏季节的等温线图。由于研究区域过大，样点少，使得等值线图难以精确，因此只能大体反映其表面分布特征。另外在Arcgis平台下，将各个站点的垂线平均流速流向表示为矢量图形得到近海潮流分布图。

3 结果及讨论

3.1海水温度时空分布特征

在Arcgis软件平台上用克里格插值(Kriging)法得到的江苏近海冬夏季节等温线图, 由于研究区域过大，样点少，使得等值线图难以精确，因此只能大体反映其表面分布特征，尚需用客观分析的方法反映研究区温度变化特征[8]。夏季江苏近海表层温度分布大致以废黄河口和吕四港为界，分为3个明显的特征海域：北部是废黄河口以北海州湾海域，温度由近岸向海沿纬线方向呈递减趋势；中部为辐射沙洲海域，在近海附近存在一个高温中心，水温向四周降低；南部为长江口附近海域，水温分布类似于北部海区，水温自陆向海沿经线呈递减趋势。冬季以废黄河口为界，南部和北部海区温度都呈向海递增趋势，而南部辐射沙洲海区的近岸水温要低于北部近岸水温约2℃左右，长江口水域区别于中部的温度分布特征消失。中部辐射沙洲群水域的水温与整个海区相比，夏季高出3℃左右，冬季要低2℃左右，水温年较差大，升降温过程也较其他水域快。

分别从江苏近海南部选取31°50’纬线附近，即南部崇明岛向东一线的6个站位的表温数据；中部选取31°40’纬线附近，即射阳河口以东一线的5个站位的表温数据；北部选取35°纬线附近，海州湾以东的5个站点的表温数据，由其温度变化反应出水温自陆向海的分布格局以及其季节变化规律。

整个江苏近海冬季水温由近岸向海基本呈递增趋势(见图1)。南部的几个站点集中在长江口海域，递增趋势不明显，并且在JS-22点出现一个异常高温点，中部近海岸的一个站点水温偏高，其他站点基本符合由陆向海的递增趋势。水温向海递增的强度在南部大约0.013℃/km，在中部大约0.017℃/km，在北部大约0.035℃/km。整个江苏近海夏季水温由近岸向海呈递减趋势(见图2)，中部的几个站点呈现先递增后递减，水温在最高点为JC-HH151。水温向海递减的强度在南部大约0.1℃/km，在中部大约0.06℃/km，在北部大约0.06℃/km，南部向海的增温强度要大于中部和北部，夏季的温度变化强度也要远高于冬季。

图1 冬季水温向海变化趋势如图图2 夏季水温向海变化趋势如图

沿着江苏海岸线由北向南选取12个站点的冬夏季节表温数据，冬季温度变化曲线(见图3)表明, ZD-SB286点以南表温向南递增，以北除去在JC-HH151和JC-HH218点出现2个峰值外，以ZD-SB286为拐点,大致向南呈递减趋势。ZD-SB286位于琼港正东方向海域，为辐射沙洲交汇的核部。JC-HH151和JC-HH218两个高温极值点大致位于绣针河口和射阳河口附近海域。夏季温度变化曲线在JC-HH244站点达到峰值(见图4)，向南北两侧温度大致呈递减趋势。峰值点在江苏中部偏南沿海，大致在王港以东附近海域。以上结果表明中南部辐射沙洲海域冬季为低温区，夏季为高温区，水温季节变化幅度最大；南部长江口附近水域则相反。

图3 江苏沿岸温度冬季变化趋势图4 江苏沿岸温度夏季变化趋势

3.2近海潮流分布特征

图5 江苏沿岸温度冬季潮流形式图6 江苏沿岸温度夏季潮流形式

采用各个站点的垂线平均流速流向来反映近海水流输送特征。冬季北部海州湾海域以离岸流为主(见图5)，大致以东北向离岸流为主导，从废黄河口向南输送的沿岸流在射阳河口附近与由南向北的近岸流交汇。中部辐射沙洲海域近岸水域为由北向南的低流速沿岸流，琼港以北受辐射沙洲槽脊地形影响，北东向的高流速离岸流与南西向的相对低速的向岸流相互交汇，大致以122°经线为界，西侧以向岸流为主，东侧以离岸流为主。长江口附近为向南的沿岸流，在长江口北支，有流速很大的入海水流。

北部海州湾在夏季以离岸流为主(见图6)，与其他海区相比流速较小，平岛以东以近正东向的离岸流为主，平岛以南主要为北向的沿岸流。在南部辐射沙洲海区，近岸盛行南向沿岸流，一直延伸到长江口附近，流速向岸变大。琼港以东辐射沙洲外缘存在北东向的离岸流[9]。前人研究认为，江苏近岸水域的水流状况，除了受到外海的旋转潮波和东海前进潮波的影响外，亦受到海岸轮廓的影响。此外，岸外辐射沙洲的存在明显的影响了近海潮流状况[10]。一般可把江苏近海水域分为2部分，即射阳河口以北海岸比较开敞的部分和射阳河口以南有潮流脊掩护的部分[3]，这与笔者对江苏近海潮流变化的研究结果有一定的吻合。

4 结论

江苏近海水水温物理环境可以分为3大区域：废黄河口以北的北部海区、辐射沙洲海区和长江口附近海区。北部水温纬向变化趋势比较明显，自陆向海变化趋势规律性强，并且各类等值线分布稀疏,要素变化比较缓和且季节差异小，具有开阔海域的物理海洋特征[11]。中部辐射沙洲海区具有十分特殊的海洋物理特性，各要素冬夏变化很大，该海区冬季为低温中心，夏季为高温中心，温度等要素季节变化幅度很大，海流也最为复杂。南部长江口附近海域各要素经向变化规律较为明显，由辐射沙洲南缘到长江口北各要素向南有明显的规律性变化，一些要素受到长江径流影响强烈。

江苏近海各物理海洋要素相关性较大[12]，例如表层水温与气温，风速风向与流速流向，云量与能见度，水温与盐度等，这些要素之间相互作用的过程以及动力机制，将在以后的工作中进一步研究。

[1]葛人峰,郭景松,于非，等.黄、东海陆架海域温度垂直结构类型划分与跃层分析[J].海洋科学进展，2006，24(4)：35～42.

[2] 吴德星，兰健.中国东部陆架边缘海海洋物理环境演变及其环境效应[J].地球科学进展,1996，21(7)：667～672.

[3] 任美锷.江苏省海岸带与海涂资源综合调查报告[M].北京：海洋出版社，1986.108～460.

[4] 陈家其,姜彤,许朋柱. 江苏省近两千年气候变化研究[J]. 地理科学, 1998，(3):219～224.

[5] 朱大奎.江苏中部海岸发育和开发利用问题[J].南京大学学报(自然科学版),1982，(3):799～818.

[6] 刘爱菊，尹逊福，卢铭. 黄海潮汐特征[J].黄渤海海洋,1983,1(2):1～7.

[7] 段文义，张坚揉.河口、浅海ADCP定点海流观测资料的比较与整理[J].浙江水利科技，2006，(5)：15～18.

[8] 林绍花,韩桂军,李冬.用客观分析生成中国近海及邻近海域温度盐度格点数据集[J].海洋通报,2001,20(6)：77～88.

[9] 邱章，方文东.南海北部春季海流的垂向变化[J].热带海洋，1999，18(4)：62～70.

[10] 王颖,朱大奎,周旅复,等.南黄海辐射沙脊群沉积特点及其演变[J].中国科学(D辑:地球科学), 1998,28(5):385～393.

[11] 王宗山，徐伯昌，邹娥梅，等.黄海、渤海底层温、盐度与其垂直平均值的统计关系[J]. 黄渤海海洋, 1996,14(3):15～22.