天津近岸海域水文环境分析

徐辉奋，姜 波，赵世明，武 贺，杜小平，马治忠

（国家海洋技术中心，天津 300112）

天津近岸海域水文环境分析

徐辉奋，姜 波，赵世明，武 贺，杜小平，马治忠

（国家海洋技术中心，天津 300112）

海洋经济已成为天津市国民经济中重要的组成部分，随着不断发展，为满足海洋综合管理、海洋资源的合理利用、海洋污染综合治理等方面提出的更高要求，需要充分了解海域水体环境的现有状况。利用2006—2007年渤海湾（天津近岸）4个航次的水文气象调查资料和2006年夏季4个定点连续观测站的海流调查资料，重点分析了天津近岸海域温度盐度的分布状况及变化规律，并对天津市海岸带和海涂资源综合调查（海流部分）的历史资料进行了验证。通过分析表明，渤海湾夏季环流整体趋势未发生较大变化，但余流很小；与历史资料相比较，流速有减小趋势，而且流速普遍较弱；海水温度和盐度的垂直变化不大。

天津近岸；渤海湾；温度；盐度；海流

天津市拥有153 km的海岸线，面积为336 km2潮间带及3 000 km2的海域面积，作为一个环渤海经济区的中心城市，在京津冀区域发展中占有重要地位。截至到2006年，天津市的海洋经济总产值达到了1 800亿元，占到全市GDP的17.3%，海洋经济已成为天津市国民经济中重要的组成部分。随着海洋经济的发展，对海洋综合管理、海洋资源的合理利用、海洋污染综合治理等方面提出了更高的要求。对此，需要充分了解天津海域水体环境的现有状况。

2003年9月，经国务院批准，由国家海洋局组织实施“我国近海海洋综合调查与评价”专项（简称“908专项”）。按照国务院批示精神，国家海洋局协同有关部门组织编写了《“我国近海海洋综合调查与评价”专项总体实施方案》。根据国家专项任务的性质和特点，沿海省市参与了专项工作，并承担了相应的专题任务。天津市作为沿海特大型城市，在国家海洋局的领导下，开展相应的调查与评价工作。天津市908专项物理海洋调查是天津市908专项近岸海域基础调查的重要组成部分。

本文利用该调查中2006—2007年渤海湾（天津近岸）15个大面站4个航次的水文气象调查资料和2006年夏季4个定点连续观测站的海流观测资料，重点分析了天津近岸海域温度盐度的分布状况，并对天津市海岸带和海涂资源综合调查（海流部分）的历史资料进行了验证。

1 资料来源与处理

本文引用的数据资料为天津市908专项物理海洋调查所获取的资料， 调查范围为 117°37′～118°03′E，38°37′～39°10′N（站点分布图见图1）。

图1 站位分布图

调查分为大面站观测和定点连续观测。其中，大面站为15个，观测时间为2006—2007年4个季节，观测项目为站位、水深、海流、海浪、水温、盐度、风、能见度、气温、气压、相对湿度、海况等；定点连续观测站为4个，观测时间为夏季，进行100 h连续观测，观测项目为海流。

CTD资料是采用国家海洋技术中心研制SZC15-2型自容CTD剖面仪及其配套软件进行数据采集和处理，其处理过程包括了滞后订正、低通滤波、消除逆压、时间匹配等；定点海流观测资料采用ADCP进行数据采集和其配套软件进行处理，其处理过程包括回波强度校核、时间匹配、观测层观测要素提取等；其他观测项目均采用相应常规调查仪器进行数据采集，处理方法参照 《我国近海海洋综合调查与评价——海洋水文气象调查技术规程》进行。

2 海流特征分析

定点连续观测站为TJD-01，TJD-02，TJD-03和 TJD-04站 （以下简称1～4号站）。

2.1 定点站各向海流的出现频率

如图2-1～图2-4所示，1号站各层落潮流主要集中SESSE各向，其频率和在46%～51%，涨潮流主要集中在NWNNW各向，其频率和在39%～40%；2号站各层落潮流主要集中在E-ESE各向，其频率和在50%～54%，涨潮流主要集中在W-WNW各向，其频率和在37%～41%；3号站各层落潮流主要集中在E-ESE各向，其频率和在41%～45%，涨潮流主要集中在W-WNW各向，其频率和在37%～39%；4号站各层落潮流主要集中在ENE-E各向，其频率和在33%～34%，涨潮流流向在SW-NW之间比较分散。

2.2 定点站各级海流的出现频率

图2-1 1号站各层流向玫瑰图

图2-2 2号站各层流向玫瑰图

图2-3 3号站各层流向玫瑰图

图2-4 4号站各层流向玫瑰图

1号站表层流以40～49 cm/s，50～59 cm/s两级的流速出现较多，频率分别为22%，24%，最大一级流速是80～89 cm/s，频率为2%；5 m层流速也是以40～49 cm/s，50～59 cm/s两级的流速出现较多，频率分别为26%，21%；底层以20～29cm/s，30～39 cm/s，40～49 cm/s级的流速出现较多，频率分别为21%，22%，26%。

2号站表层流以40～49 cm/s级的流速出现最多，频率为23%，最大一级流速是90～100 cm/s，频率为1%；5 m层流以50～59 cm/s级的流速出现最多，频率为22%；底层流以40～49 cm/s级的流速出现最多，频率为29%。

3号站表层流以50～59 cm/s级的流速出现最多，频率为20%，最大一级流速是90～100 cm/s，频率为1%；5 m层流以40～49 cm/s级的流速出现最多，频率为24%；底层流以30～39 cm/s，40～49 cm/s级的流速出现较多，频率分别为28%，24%。

4号站表层流以20～29 cm/s级的流速出现最多，频率为41%，最大一级流速是40～49 cm/s，频率为4%；底层流以10～19 cm/s，20～29 cm/s两级的流速出现较多，频率分别为31%，49%。

2.3 定点站各层涨落潮最大流速

各站实测表层最大涨潮流流速为47～94 cm/s，以3号站最大，4号站最小；表层最大涨潮流的方向为251°～322°；表层最大落潮流流速为39～79 cm/s，以3号站最大，4号站最小；表层最大落潮流的方向为93°～142°。综合来看，最大涨潮流流速明显大于落潮流流速。

历史资料中[2]，1号站表层涨潮最大流速为94 cm/s，落潮最大流速为67 cm/s；4号站表层涨潮最大流速为83 cm/s，落潮最大流速为60 cm/s。与历史资料相比，该海域流速有减弱的趋势，尤其是靠近歧口的4号站减弱幅度较大。

2.4 定点站潮流调和分析

2.4.1 潮流性质

潮流通常是指纯由天文潮汐涨、落而导致的海水流动。潮流性质依下式划分：

如果K≤0.5，则为正规半日潮流，如果0.5＜K≤2.0则为不正规半日潮流；如果K＞2.0，则视情况不同而为不正规日潮流或正规日潮流。式中和分别为K1，O1和M2分潮潮流椭园长半轴之值。据此计算得本海区各站、层的潮流性质判据K如表1所示。

表1 各层潮流性质判据K

由表1看出，本海区4个测流站表、中、底层的K值，为0.10～0.25，均小于0.5，故调查海区潮流性质属正规半日潮流。

2.4.2 潮流的运动形式

潮流的运动形式取决于本海区主要分潮流的椭圆要素。由表1得知本海区的潮流为正规半日潮流，因此主要半日分潮流（M2和S2）的运动形式即代表该海区潮流的运动形式。

反映潮流运动形式的参量为旋转率（亦称椭圆率）K′，其值为该分潮流椭圆短轴与椭圆长轴的比值，其符号有 “+”、“-”之分，正号表示分潮流为逆时针旋转，负号则为顺时针旋转。除1号站表层外，其余各站、层M2和S2分潮流的K′均为正值，即主要分潮流的旋转方向为逆时针的。除4号站外，各站M2和S2分潮流的K′值均不大，其绝对值为0.01～0.08，说明该海区的潮流主要为往复流动，1～3号站的表、中、底层M2和 S2分潮流的椭圆长轴方向分别为 (90°,144°)～(270°,324°)，即潮流往复运动的主流方向大致为ESE-WNW,涨潮时指向岸边，落潮时则相反，指向湾口。

2.4.3 余流

这里的所谓余流是指从实测海流中扣除潮流后各种海水流动的总和。表2为调查期间各测流点各层的余流流向和流速。从表2中看出，此次观测期间，各站、层的余流值都不大。1号站表层最大，表层余流为5.4 cm/s，其余各站均不超过5 cm/s。

表2 定点站余流流速/cm·s-1及流向/(°)

历史资料（见图3）中显示夏季渤海湾环流由三支海流组成:一支沿山东、河北和天津沿岸北上的沿岸流（简称渤海湾南岸流）；另一支由曹妃甸以南沿海底深槽西上的曹妃甸外海流；第三支是中心轴线位于自大沽灯塔向东南引出的直线上，处于表至15 m水层之间的上层流 （简称渤海湾上层流）。前两支流入湾内，而后者从湾内流出，构成渤海湾夏季水循环。

图3 渤海湾夏季表层余流验证点及历史表层环流示意图

本文通过实测调查数据进行了分析：TJD-01站和TJD-02站夏季表层余流方向分别为143°和94°，处于渤海湾上层流影响区域，与历史资料所示基本保持一致，底层余流非常小，余流方向与历史资料对比略有偏差。TJD-03站夏季表层余流方向为93°，这是由于渤海湾南岸流接近自西向东的渤海湾上层流而转向，该站正处于该海域。TJD-03站底层余流方向为222°，说明其处于曹妃甸外海流影响区域，与历史资料基本一致。处于歧口外海的TJD-04站流向比较紊乱，并且余流很小，不足3 cm/s，表底层余流方向均为偏东方向。

天津近岸海域实测余流普遍较小。从几个验证点来看，反映了渤海湾夏季环流系统中的三支海流，环流整体趋势上还是与历史基本相同。

3 温盐特征分析

3.1 海水温度

3.1.1 温度的平面分布状况

根据中国近海温度分布的特点[3]，可将天津近岸海域的温度特征归纳为冬季型(12月至翌年3月)、夏季型（6～8月）和过渡型（4～5月和9～11月）三种类型。

如图4和图5所示，春季（4月）水温逐渐升高，水温分布正向夏季型演变。表层水温分布形势为沿岸水温高 （11～12℃左右），外海水温低（7～8℃左右）的格局。这是由于沿岸海水受陆地热辐射的影响，增温速度比外海快的缘故。高温区主要集中在TJ09站和TJX-3站的附近海域，调查的最高水温为12.19℃,低温区出现在ZD-TJ088站的附近海域，调查的最低水温为7.41℃。底层水温分布与表层相似，仍然是沿岸高、外海低的格局，但是在调查区域的南部，高温水区域与表层相比覆盖面积较小。

图4 表层温度平面分布图

图5 底层温度平面分布图

夏季（7月）是全年水温最高的季节，表层海水温度分布趋势基本是沿岸高、外海低，但分布较为均匀 (25～28℃左右)，平均水温为26.7℃，普遍比春季升高16～17℃。高温区集中在TJ02站附近海域，调查的最高水温为28.23℃。底层水温分布与表层相似。

秋季（10月）水温逐渐下降，水温分布正向冬季的特征转化。这是由于太阳辐射逐渐减弱，气温下降，海水向大气的回辐射加强，海水处于降温过程，近岸由于陆地降温迅速，海水向陆地的热量输送加强，使近岸海水降温较外海快。由于沿岸降温比海区中央要快，使表层水温又恢复到沿岸低、外海高的格局。平均水温为14.5℃,普遍比夏季降低12～14℃。在沿岸低温区中，调查的最低温度为11.11℃；外海的高温区中，调查的最高温度为17.46℃。底层水温分布与表层相似。

冬季（12月）是全年太阳辐射最弱，水温最低的季节。表层水温分布是沿岸水温低，外海水温高，表层水温高于气温，等温线分布大体与岸线平行。平均水温为4.4℃，在沿岸低温区中，调查的最低温度为0.16℃。底层水温分布形式基本与表层相同。

3.1.2 温度的垂直变化

通常水温的垂直分布是从表层开始随着深度的增加而递减的，其递减的情况随季节而变。

调查区域海水表底层温差春季平均为0.3℃,夏季平均为0.19℃,秋季平均为0.08℃,冬季平均为0.01℃。冬季变化最小，这是由于冬季正值干冷强劲的偏北季风盛行，对流、涡动混合最强，近岸浅水区温度垂直分布呈上下均一状态,垂直变化不大。

3.2 海水盐度

3.2.1 盐度的平面分布

如图6和图7所示，春季（4月）海水盐度表层分布水平梯度较小，调查区域表层海水盐度平均盐度为32.10，最高为32.24，最低为31.20,底层与表层分布形势相同。

夏季（7月）是全年降水集中、雨量最多，江河入海径流最大的季节，也是沿岸冲淡水势力最强、扩展范围最大的季节。海水表层盐度为全年最低，调查区域表层海水盐度平均盐度为30.86，最低盐度为29.63。

秋季（10月）偏北季风逐渐增强，海面蒸发增大，降水减少，沿岸冲淡水势力大减，海水盐度开始增高。调查区域表层海水盐度平均盐度为31.13,比夏季增长0.5。

冬季（12月）海水盐度继续增高，并且表底层分布基本趋于一致，平均盐度均为31.75左右。

盐度的分布与变化，主要取决于海区的盐量平衡状况。对于天津近岸海域，江河入海径流的多少起着至关重要作用。TJ09站附近海域受沿岸河流影响较大，整年都属于低盐区，而TJ01站和TJX-3站附近海域在夏季有较大范围的低盐区出现。

图6 表层盐度平面分布图

图7 底层盐度平面分布图

3.2.2 盐度的垂直变化

通常海水盐度的垂直分布是表层盐度低，深层盐度高，从表层开始随着深度的增加而增加的。本文所用数据资料中的各站各季节底层与表层盐差不是很大，从上到下基本呈一直线趋势。

4 海面气象和波浪特征

春夏两季主要以东南风为主，秋季以西南风为主，冬季以东北风为主；海面大气压冬季较高，夏季较低，平均值约差27 hPa；海面大气温度春季平均为14.5℃,夏季平均为26.7℃,秋季为14.5℃，冬季为4.5℃。与同季节海水表层温度相比，秋季基本相同，春冬两季均相差2℃左右，夏季相差达4℃多。从各季节的波浪大面观测来看，调查期间天津近岸海域主要以风浪为主，最大波高为2.0 m左右，出现在4月份。春冬两季有效波高较高，平均为0.7 m左右；夏秋两季有效波高较低，平均在0.4 m左右。波向基本与各季节风向一致。

5 结论

（1）渤海湾夏季环流整体趋势未发生较大变化，但余流很小。

（2）渤海湾（天津近岸）潮流性质为正规半日潮流，潮流运动为往复流形式。

（3）与历史资料相比较，流速有减小趋势，而且流速普遍较弱，这样不利于该海域水体交换，影响泥沙输运。

（4）渤海湾（天津近岸）海水温度和盐度的垂直变化不大；在水平分布上，TJ09 站 (117°48′20″E,39°05′00″N)附近海域整年处于低盐区域，TJ01 站 (117°37′10″E,38°42′30″N)和TJX-3(117°38′45″E,38°37′10″N)附近海域夏季低盐区范围较大。

6 建议

建议建立长期的海流、波浪等海洋水文气象要素监测系统，以便实行动态监测。尤其是近岸港工建设的日益增加对流场的影响，在滨海新区的建设中应予以考虑。对天津近岸海域进行长期有针对性的水文气象观测，获取大量数据，不仅有利于准确地掌握海域水文气象要素变化的趋势，更能为滨海新区的发展提供强有力的基础支持。

[1]国家海洋局908专项办编.海洋水文气象调查技术规程[M].北京：海洋出版社，2005.

[2]天津市海岸带和海涂资源综合调查报告[M].北京：海洋出版社，1987：62-67.

[3]孙湘平.中国近海区域海洋[M].北京：海洋出版社，2006：201-254.

[4]侍茂崇，高郭平，鲍献文.海洋调查方法[M].青岛：青岛海洋大学出版社，2007.

[5]吴德星，万修全，鲍献文，等.渤海1958年和2000年夏季温盐场及环流结构的比较[J].科学通报，2004，49(3):287-292.

[6]鲍献文，万修全，吴德星，等.2000年夏末和翌年初冬渤海水文特征[J].海洋学报，2004.26(1):14-24.

Analysis of Hydrological Environment of Tianjin Coast

XU Hui-fen,JIANG Bo,ZHAO Shi-ming,WU He,DU Xiao-ping,MA Zhi-zhong
（National Ocean Technology Center,Tianjin 300112， China）

The marine economy has become an important part of the national economy in Tianjin.In order to meet the higher requirements by the comprehensive marine management,rational use of marine resources,marine pollution and other aspects of comprehensive management,it’s necessary to fully understand the existing marine environment conditions.Using hydrometeorological investigations in the Bohai Bay during four cruises in 2006 and 2007(Tianjin Coast)and four fixed currents continuous observation station investigation data in summer 2006,the temperature and salinity distribution of Tianjin coastal waters is analyzed.The historical data during Tianjin coastal zone and wetland resources investigation (current portion)has been verified.The analysis shows that the overall trend of summer circulation in the Bohai Bay has not changed greatly,but the residual current is very small;the flow rate has decreased and stays weakly compared to historical data;water temperature and salinity vertical changes lightly.

Tianjin coastal;Bohai Bay;temperature;salinity;current

P731

A

1003-2029（2011）02-0063-06

2010-03-01

天津市908专项物理海洋调查（908-TJ-12）

徐辉奋（1979－），男，学士，工程师，主要从事物理海洋学研究及海洋可再生能源评价研究工作。