何海豐，楊世倫，張朝陽，張文祥

（華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200062）

朱家尖島位于杭州灣口東南的舟山群島中部，是舟山島東部的天然屏障。島嶼附近海域受長(zhǎng)江南向沿岸流影響顯著，東部是開闊海域。東岸受到波浪的強(qiáng)烈作用，岸線以基巖、礫石、砂質(zhì)海岸為主，由南至北分布有烏石塘、南沙、大青山等旅游景區(qū)；西岸水動(dòng)力條件較東岸弱，發(fā)育有泥灘及潮間帶。西岸沉積物主要由長(zhǎng)江南向沿岸流攜帶的泥沙組成，這些泥灘已被圍墾作曬鹽場(chǎng)等之用。該島東岸是海底管線重要的登入點(diǎn)。

該區(qū)域流場(chǎng)受潮流、風(fēng)、長(zhǎng)江沿岸流、臺(tái)灣暖流及地形等因素影響，潮流特征的研究，不僅對(duì)該區(qū)域長(zhǎng)江沿岸流作用、懸沙輸移趨勢(shì)、沉積物起動(dòng)等科學(xué)問題至關(guān)重要，同時(shí)也對(duì)該海域航運(yùn)、尤其是東海海底觀測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸線路選擇與登陸點(diǎn)確定有現(xiàn)實(shí)意義。

1 觀測(cè)方法與數(shù)據(jù)處理

1.1 研究區(qū)域及現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)

2011年10月20至28日期間，對(duì)朱家尖島東部附近海域進(jìn)行潮流、風(fēng)向觀測(cè)。觀測(cè)區(qū)域（圖1：122? 25' ～122? 35' E，29? 50' ～29? 55' N）位于朱家尖島東部海域5～10海里處，水深在10～30m之間。自西向東設(shè)置內(nèi)(NC)、中(ZC)、外(WC)三個(gè)觀測(cè)點(diǎn)(平均水深分別為18.66、19.14和26.3m)進(jìn)行大、小潮同步觀測(cè)：NC點(diǎn)用ADCP waves-600K進(jìn)行坐底自容觀測(cè)，每隔20分鐘進(jìn)行流速剖面觀測(cè)， OBS-3A的深度探頭每隔2分鐘記錄水深；ZC、WC點(diǎn)用ADCP-600K向下(入水深度0.8～1.2m)觀測(cè)流速剖面及瞬時(shí)水深，采集頻率2～10秒并實(shí)時(shí)記錄，整點(diǎn)時(shí)刻用手持風(fēng)速儀在船頭記錄距離甲板2m處的風(fēng)速。

圖1 研究區(qū)與觀測(cè)點(diǎn)位置Fig.1 Location of study area and monitoring stations

1.2 數(shù)據(jù)處理方法

NC點(diǎn)潮位過程線由OBS記錄的平均水深插值，ZC、WC點(diǎn)的潮位過程線由ADCP記錄的瞬時(shí)水深的10分鐘滑動(dòng)平均獲得。按時(shí)隔30分鐘(NC點(diǎn)時(shí)隔20分鐘)，深度間隔0.5m選取ADCP流速剖面的數(shù)據(jù)，繪制流速矢量圖。風(fēng)速資料按16分向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并計(jì)算各分向平均風(fēng)速。余流及余風(fēng)按下式計(jì)算：

式中V是余流(余風(fēng))值，θ是余流(余風(fēng))方向，Vx是流速(風(fēng))矢量的東分量，Vy是流速(風(fēng))矢量的北分量。

2 結(jié)果與分析

2.1 潮汐特征

（1）潮汐類型

本區(qū)潮汐運(yùn)動(dòng)的基本能量來自西北太平洋，潮波由M2、S2分潮為主的東海前進(jìn)波控制[1～3]，本區(qū)潮振動(dòng)主要為太平洋潮波的協(xié)振動(dòng)[4]。受長(zhǎng)江沿岸流和海域地形的影響，致使觀測(cè)區(qū)域的潮流獨(dú)具特點(diǎn)。數(shù)據(jù)顯示，調(diào)查海域?yàn)椴徽?guī)半日潮（圖2），潮汐日不等現(xiàn)象顯著[5]，漲、落潮流呈NNW-SSE方向（圖3）。朱家尖島將由杭州灣向東海SSE向的退潮流和NNW向推進(jìn)的漲潮流分為兩支[6]。

圖2 朱家尖島海域潮位過程線Fig.2 Time series of tidal level in the sea adjacent to Zhujiajian island

（2）潮差

最小潮差0.75m(NC點(diǎn)20日20:48至21日02:12)，最大潮差4.32m(NC點(diǎn)28日03:00至09:14)；日均潮差在1.38～4.01m之間(表1)，大、小潮平均潮差為2.64m，屬于中等潮差海岸[7]，為浙江近岸最小潮差分布區(qū)域[1]。這與多年統(tǒng)計(jì)的朱家尖海域平均潮差2.61m[8]相近，而略大于長(zhǎng)江口門外的佘山站(平均潮差2.49m)[9]。大、小潮期間ZC、WC點(diǎn)潮差相對(duì)接近，NC點(diǎn)的潮差比ZC、WC點(diǎn)小，潮位過程線顯示潮致余流的存在。

（3）漲落潮歷時(shí)

從本次觀測(cè)可以發(fā)現(xiàn)（表1）：從時(shí)間過程來看，朱家尖島東部海域大、小潮期間均存在明顯的漲、落潮歷時(shí)不等現(xiàn)象，表現(xiàn)為漲潮歷時(shí)較落潮歷時(shí)短1小時(shí)左右，這個(gè)時(shí)差未隨大、小潮發(fā)生明顯變化；從空間分布看，各測(cè)點(diǎn)間無明顯的漲、落潮歷時(shí)不等現(xiàn)象，表現(xiàn)為小潮時(shí)ZC點(diǎn)滯后WC點(diǎn)10分鐘左右，大潮時(shí)ZC、WC點(diǎn)幾乎同步。

圖3 朱家尖島海域流速矢量剖面（時(shí)間間隔：NC點(diǎn)20min，ZC、WC點(diǎn)30min；小潮NC、ZC、WC三點(diǎn)同步，大潮ZC、WC點(diǎn)同步）Fig.3 Velocity vector prof i les in the sea adjacent to Zhujiajian island

表1 朱家尖島海域潮汐特征Table 1 Tide characteristic in the sea adjacent to Zhujiajian island

2.2 潮流特征

觀測(cè)期間漲、落潮流分別以NNW、SSE方向?yàn)橹?，最大流速出現(xiàn)在WC點(diǎn)小潮落潮階段表層，流速為2.32m/s、流向174°(風(fēng)速7.4m/s、風(fēng)向60°)；最小流速0.01m/s(小潮近底層、表層2m左右的次極低值，大潮漲潮時(shí)表層均有出現(xiàn))。

就整個(gè)潮周期而言，WC點(diǎn)的最大漲潮流速(小潮0.77m/s，大潮1.29m/s)均小于ZC點(diǎn)(小潮0.89m/s，大潮1.45m/s)（表2）。

表層平均流速(全潮平均0.8～1.1m/s，大小潮差別不顯著)大于底層平均流速(小潮平均0.2～0.3m/s、大潮平均0.5～0.6m/s)。垂線平均流速(30多層流速之平均值，層間距0.5m)最小0.17m/s，最大1.51m/s(出現(xiàn)在大潮)，小潮平均值0.5m/s，大潮平均值0.8m/s。小潮漲潮階段近底層存在“流速核”現(xiàn)象(圖3:a,b,c)，大潮漲潮流在漲急階段可主控表層流(圖3:d,e)。

表2 朱家尖島海域潮流流速觀測(cè)統(tǒng)計(jì)(單位:m/s)Table 2 Current velocity of tide in the sea adjacent to Zhujiajian island

（1）小潮

小潮NC、ZC、WC測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)流速分別在0.03～1.86m/s、0.01～1.78m/s、0.01～1.88m/s之間，對(duì)應(yīng)流向?yàn)?89°和186°、55°和199°、112°和169°。最大流速均為落潮階段表層流速，NC、ZC點(diǎn)最小流速出現(xiàn)在“流速核”頂端和近底層，WC點(diǎn)出現(xiàn)在近底層。最大流速自西向東呈減小趨勢(shì)。

從小潮時(shí)期觀測(cè)點(diǎn)的流速剖面矢量圖(圖3)可以發(fā)現(xiàn)：NC點(diǎn)潮流以旋轉(zhuǎn)流為主，漲急流為N向，落急流為S-SSE向，落潮階段底層流先于表層流1小時(shí)左右轉(zhuǎn)向，漲急時(shí)“流速核”頂端(表層以下2m左右)有憩流現(xiàn)象(圖3:a)；ZC點(diǎn)潮流特征與NC點(diǎn)基本一致，漲落潮“流速核”現(xiàn)象不如NC點(diǎn)明顯，落潮階段底層流轉(zhuǎn)向滯后表層流半小時(shí)左右(圖3:b)；WC點(diǎn)潮流特征基本同NC、ZC點(diǎn)一致，落潮階段表、底層流轉(zhuǎn)向滯后性不明顯(圖3:c)；三測(cè)點(diǎn)落潮后期流向改為SE-SSE向，漲潮流無法漲至表層。這體現(xiàn)了長(zhǎng)江沿岸流的作用。

（2）大潮

大潮NC、WC測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)流速分別在0.01～1.98m/s、0.04～2.32m/s之間，對(duì)應(yīng)流向252°和171°、205°和174°。最大流速均出現(xiàn)在落潮表層。與小潮不同的是：NC、WC點(diǎn)的最小流速出現(xiàn)在漲落潮過渡階段底部、漲急時(shí)刻的表層，WC點(diǎn)最大流速要大于ZC點(diǎn)。

從大潮流速剖面矢量圖(圖3:d)顯示：ZC點(diǎn)大潮潮流形態(tài)同小潮基本一致，漲潮流方向呈SSW-SSE過渡，“流速核”頂端現(xiàn)象消失，漲潮流可漲至表層流速，漲潮流速整體較小潮時(shí)大(圖3:d)；WC點(diǎn)基本形態(tài)同ZC點(diǎn)一致，最大落潮流速大于ZC點(diǎn)，相對(duì)小潮時(shí)，流速較大，表層流在漲急時(shí)刻由漲潮流控(圖3:e)。

（3）流速的垂向變化

從流速垂向分布來看，全潮平均流速自表層向下呈顯著下降趨勢(shì)，但在表層以下2m左右出現(xiàn)一個(gè)次極低值(圖4)，反映表層風(fēng)生漂流和主體水層的潮致流在方向相反時(shí)的邊界剪切作用的影響。這一現(xiàn)象大小潮都有，但小潮更顯著(圖3)。在落潮階段，垂向各層流速均向南，流速自表層向底層減小最顯著。反之，在漲潮階段，潮流向北，而表層流在北風(fēng)吹刮下向南或顯著減弱，往往導(dǎo)致近底層流速大于表層流速的反向結(jié)構(gòu)或中層流速大于表、底流速的結(jié)構(gòu)(圖3)。

2.3 風(fēng)場(chǎng)特征

根據(jù)ZC測(cè)點(diǎn)在觀測(cè)期間連續(xù)25小時(shí)整點(diǎn)的風(fēng)場(chǎng)資料（表3）分析：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)風(fēng)速4.4～8.8m/s，盛行NNWNNE風(fēng)向；小潮期間主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镹NW方向，NNW向平均風(fēng)速最大，為7.43m/s；大潮期間NNE為主導(dǎo)風(fēng)向，NEE向平均風(fēng)速最大，達(dá)7.00m/s。

圖4 全潮平均流速剖面(小潮NC點(diǎn)：圖中水平線代表流速標(biāo)準(zhǔn)差)Fig.4 The vertical distribution of average velocity of tide

將測(cè)點(diǎn)大、小潮風(fēng)場(chǎng)矢量化后，可以發(fā)現(xiàn)：大、小潮合成平均風(fēng)速4.73m/s、風(fēng)向11?，其中小潮平均風(fēng)速5.05m/s、風(fēng)向345?，大潮平均風(fēng)速5.41m/s、風(fēng)向36?。觀測(cè)結(jié)果與多年實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)得出秋季盛行N、NNW、NNE風(fēng)的結(jié)論相符[8]。

表3 觀測(cè)期間風(fēng)速、風(fēng)向記錄統(tǒng)計(jì)(風(fēng)速:m/s)Table 3 Record statistics of wind speed and wind direction

2.4 余流

通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，觀測(cè)區(qū)域的垂線平均余流(Vvr)、表層平均余流(Vsr)、底層平均余流(Vbr)分別在0.12～0.32m/s、0.48～0.73m/s和0.04～0.10m/s之間（表4），呈SSW、SSW、NW-NNW方向。整個(gè)潮周期，Vvr值在Vsr和Vbr之間，Vbr最?。粡挠嗔鞣较蚩?，Vvr、Vsr與風(fēng)向較為一致，Vbr同風(fēng)向反向呈一定角度。從大小潮合成平均余流來看，自東向西Vsr、Vbr均呈減小趨勢(shì)，而ZC、WC點(diǎn)Vvr的量值、方向比較一致。觀測(cè)結(jié)果符合余流速冬強(qiáng)夏弱，余流方向冬季向南的基本趨勢(shì)[4]。

表4 余流計(jì)算結(jié)果Table 4 The computation results of residual currents

（1）時(shí)間變化特征

由ZC測(cè)點(diǎn)看，小潮Vvr、Vsr值大于大潮，Vbr大潮時(shí)值較大。WC測(cè)點(diǎn)，Vvr、Vsr值大潮略大于小潮(同風(fēng)速大小潮變化一致)，Vbr大潮小于小潮，Vvr、Vsr、Vbr的流向大小潮變化較ZC點(diǎn)大，其中Vbr流向改變達(dá)40°。Vbr比Vvr、Vsr小一個(gè)量級(jí)；不同測(cè)點(diǎn)的Vvr、Vsr、Vbr隨大小潮周期變化不均。

（2）空間變化特征

從平面上看，Vvr的變化趨勢(shì)由小潮時(shí)的自東向西逐漸增大，變?yōu)榇蟪睍r(shí)的WC點(diǎn)大于ZC點(diǎn)，流向變化各測(cè)點(diǎn)也不盡相同；大小潮周期Vsr的變化趨勢(shì)呈自東向西逐漸減小，且大潮時(shí)WC點(diǎn)的余流較ZC點(diǎn)大近一倍，而流向大潮時(shí)較為一致，小潮時(shí)WC點(diǎn)流向偏離ZC、NC點(diǎn)較多；三測(cè)點(diǎn)的Vbr差值較小，但流向變化不穩(wěn)定。Vsr的平面分布特征主要由風(fēng)導(dǎo)致，整個(gè)潮周期內(nèi)盛行偏北風(fēng)，NC點(diǎn)由于受到島嶼避風(fēng)作用表層余流較小，ZC、WC點(diǎn)相對(duì)開闊則值較大，ZC、WC點(diǎn)余流差值大潮時(shí)較大，這與大、小潮風(fēng)速改變、大潮時(shí)漲潮流漲至表層而小潮不能有關(guān)；Vvr的變化趨勢(shì)主要因素是大潮時(shí)漲潮流可漲至表層，故WC點(diǎn)余流相對(duì)較小，小潮時(shí)漲潮流無法漲至表層。Vbr的變化趨勢(shì)揭示了該海區(qū)底部余流控制因素動(dòng)力較為穩(wěn)定。

從垂向上看，整個(gè)潮周期，三個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的表層余流均遠(yuǎn)大于底層余流，Vvr、Vsr流向隨潮期基本幅度較底層余流小。大小潮合成平均來看，ZC、WC點(diǎn)的Vvr、Vsr、Vbr的流向較為一致，除Vsr外，值也相對(duì)接近；Vsr主要受偏北風(fēng)控制；Vbr流向同漲潮流有一定的夾角，是臺(tái)灣暖流、底部摩擦、波浪等因素共同作用的體現(xiàn)；Vvr的流向位于Vsr和Vbr之間，且更接近于Vsr流向，說明該海域Vvr主要受風(fēng)場(chǎng)、潮致余流和徑流的作用。

3 討論與結(jié)論

風(fēng)場(chǎng)資料結(jié)合流速與余流分析可以發(fā)現(xiàn)：大、小潮流主要受潮汐控制，風(fēng)場(chǎng)及地形也有一定影響[10]；Vvr、Vsr方向同余風(fēng)向較為一致，余流值同風(fēng)力成正比，且Vbr比Vvr、Vsr小一個(gè)量級(jí)，可見該海域的余流主要由風(fēng)生流控制[11]。表層余流與表層平均流速對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：兩量值在小潮時(shí)相近，大潮相差較大，原因是大潮漲潮流可以漲至表層，體現(xiàn)了長(zhǎng)江沿岸流作用和潮致余流的存在。除此之外，海域峽道開口也會(huì)影響余流[12]；最大流輸運(yùn)態(tài)勢(shì)和余流輸運(yùn)態(tài)勢(shì)基本一致[13]，這有利于懸沙、污染物質(zhì)等的南向輸運(yùn)。該區(qū)域的潮流是控制泥沙運(yùn)移的主要?jiǎng)恿σ蜃覽14,15]，而近底層0～1.0m/s的流速變化，解釋了舟山海域細(xì)顆粒物質(zhì)憩流時(shí)沉降、流速增大后再懸浮起來[16]反復(fù)的現(xiàn)象。

可見，朱家尖島東部近岸海域的流速流向的時(shí)空變化顯著，這些變化除了受到天文因素引起的潮汐控制外，還與風(fēng)場(chǎng)的變化有關(guān)。潮周期內(nèi)近底層趨于0的最小流速和0.5～1.0m/s的最大流速，表明研究區(qū)淤泥質(zhì)海床處于頻繁的交替變化之中。偏北風(fēng)條件下出現(xiàn)的量級(jí)較大(垂向平均＞0.2m/s)的向南余流，為長(zhǎng)江入海泥沙在冬半年北風(fēng)盛行背景下向南輸運(yùn)提供了動(dòng)力條件，這從動(dòng)力機(jī)制上佐證了長(zhǎng)江入海泥沙進(jìn)入浙閩沿岸并塑造浙閩沿岸泥質(zhì)沉積體的理論假說。

References)

[1]陳倩,黃大吉,章本照,等. 浙江近海潮汐的特征[J]. 東海海洋,2003,21(2):1-12.

Chen Q, Huang D J, Zhang B Z, et al. The research of the tidal features in the coastal zone of Zhejiang Province[J]. Donghai Marine Science,2003,21(2):1-12.

[2]吳俊彥,肖京國(guó),成俊,等. 中國(guó)沿海潮汐類型分布特點(diǎn)[A]. 第十屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)論文集(1)[C]. 天津:海軍出版社,2008:471-475.

Wu J Y, Xiao J G, Chen J, et al. Analysis of tide types distributing in China coastal areas[A]. Proceedings of 10th annual symposium of China Association for Science and Technology (Vol.1)[C].Tianjin: Navy Press, 2008: 471-475.

[3]朱學(xué)明,劉桂梅. 渤海、黃海、東海潮流、潮能通量與耗散的數(shù)值模擬研究[J]. 海洋與湖沼,2012,43(3):669-677.

Zhu X M, Liu G M. Numerical study on the tidal currents, tidal energy fl uxes and dissipation in the China seas[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica,2012,43(3):669-677.

[4]陳倩,黃大吉,章本照,等. 浙江近海潮流和余流的特征[J]. 東海海洋,2003,21(4):1-14.

Chen Q, Huang D J, Zhang B Z, et al. Characteristics of the tidal current and residual current in the seas adjacent to Zhejiang[J].Donghai Marine Science,2003,21(4):1-14.

[5]熊偉,劉必勁,孫昭晨,等. 寧波舟山近海三維潮汐潮流數(shù)值模擬[J]. 水道港口,2011,32(6):399-407.

Xiong W, Liu B J, Sun Z C, et al. 3D numerical simulation of tide and tidal currents in sea adjacent to Ningbo and Zhoushan[J].Journal of Waterway and Harbor, 2011,32(6):399-407.

[6]陳洪德,嚴(yán)欽尚,項(xiàng)立嵩. 舟山朱家尖島現(xiàn)代海岸沉積[J]. 華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1982,(2):77-91.

Chen H D, Yan Q S, Xiang L S. Recent coastal sediments of Zhujiajian island, Zhoushan archipelago[J]. Journal of East China Normal University(Natural Science), 1982,(2):77-91.

[7]Davies J L. A morphogenic approach to world shorelines[J].Zeitschrift für Geomorphologie, 1964,8:127-142.

[8]中國(guó)海灣志編撰委員會(huì). 中國(guó)海灣志第五分冊(cè)(上海市和浙江省北部海灣)[M]. 北京:海洋出版社,1992:88-126.

China Gulf Annals Compile Committee. The gulf annals in China(Vol.5)[M]. Beijing: Ocean Press, 1992:88-126.

[9]上海市海島資源綜合調(diào)查報(bào)告編寫組. 上海市海島資源綜合調(diào)查報(bào)告[M]. 上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1996:1-249.

Compile Committee of the Shanghai Ιsland Resources Survey Report. The Shanghai island resources survey report[M]. Shanghai:Shanghai Science and Technology Press,1996: 1-249.

[10]李鵬,秦渭華. 南黃海輻射沙洲海域夏季潮流特征[J]. 上海國(guó)土資源,2012,33(4):34-38,47.

Li P, Qin W H. Aestival tidal current conditions in the radial sandbank area, southern Yellow Sea, China[J]. Shanghai Land& Resources, 2012,33(4):34-38,47. doi:10.3969/j.issn. 2095-1329.2012.04.009.

[11]朱建榮. 海洋數(shù)值計(jì)算方法和數(shù)值模式[M]. 北京:海洋出版社,2003:167-193.

Zhu J R. The ocean numerical methods and numerical simulation[M]. Beijing: Ocean Press, 2003:167-193.

[12]壽瑋瑋. 舟山群島附近海域水動(dòng)力特征及其對(duì)物質(zhì)輸運(yùn)的影響分析[D]. 中國(guó)海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文,2009.

Shou W W. Hydrodynamic characteristics and its impact on mass transport in the Zhoushan archipelago sea area[D]. Master’s thesis,Ocean University of China, 2009.

[13]曹欣中,唐龍妹,張?jiān)滦? 寧波—舟山內(nèi)海域?qū)崪y(cè)海流分析及潮流場(chǎng)的數(shù)值模擬[J]. 東海海洋,1996,14(2):1-9.

Cao X Z, Tang L M, Zhang Y X. The analysis of the observed sea current and the numerical model of the tidal current fi eld for the inner sea area of Ningbo and Zhoushan[J]. Donghai Marine Science, 1996,14(2):1-9.

[14]胡日軍,吳建政,朱龍海,等. 東海舟山群島海域表層沉積物運(yùn)移特性[J]. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,39(3):495-500.

Hu R J, Wu J Z, Zhu L H, et al. Characteristic of surface sediment transport in Zhoushan archipelago sea area, East China Sea[J].Periodical of Ocean University of China, 2009,39(3):495-500.

[15]張朝陽,楊世倫,羅向欣,等. 舟山群島朱家尖島以東近岸海域沉積物粒度特征[J]. 上海國(guó)土資源,2012,33(4):39-43.

Zhang Z Y, Yang S L, Luo X X, et al. Surficial sediment characteristics of the inshore area of east Zhujiajian island,Zhoushan archipelago[J]. Shanghai Land & Resources,2012,33(4):39-43. doi:10.3969/j.issn.2095-1329.2012.04.010.

[16]胡日軍. 舟山群島泥沙運(yùn)移及動(dòng)力機(jī)制分析[D]. 中國(guó)海洋大學(xué)博士學(xué)位論文,2009.

Hu R J. Sediment transport and dynamic mechanism in the Zhoushan archipelago sea area[D]. PhD thesis, Ocean University of China, 2009.