研究人员发现冬季苏北沿岸流的方向为逆风北向

近期,华东师范大学河口海岸学国家重点实验室吴辉博士团队研究发现,冬季西南黄海(也称作苏北水域)近岸的苏北沿岸流方向为逆风北向,而不是传统观点认为的顺风南下。这一新发现改变了关于长江口与苏北海域之间源汇关系的认识,从而有可能对研究长江入海物质归宿和苏北海域环境灾害背后驱动因子等提供新的思路。两篇相关论文分别发表于地球科学领域顶尖专业期刊Journal of Geophysical Research: oceans和国内领先的海洋学英文期刊“海洋学报英文版”(封面论文)。

传统观点认为,受地球自转科氏力和偏北东亚季风的影响,冬季苏北水域存在南向的苏北沿岸流。然而,以往由于该水域地形复杂、潮流强劲、风浪较大、观测困难,直接测流数据较少,关于此沿岸流的认识在一定程度上是一种推断。20171月,在国家自然科学基金委员会项目的支持下,河口海岸学国家重点实验室科研人员在苏北水域投放了3个座底三脚架观测系统,对该海域的水体输送进行了为期约20天的连续观测。观测期间覆盖了完整的大小潮周期,经历了数次强烈的寒潮北风天气,因此结果可以反应典型冬季气象条件下的沿岸流特征。



 

                     图1 三个观测站点(A, B, C)上的潮平均水体输送速度
                    (即余流,橙色箭头为每日余流,红色为观测期平均余流),                  图2 苏北潮致北向沿岸流及其动力机制示意图
                以及观测期间的海表面风速(绿色箭头为每日风速,蓝色为观测期平均)

 
    观测结果显示,虽然近表层非常薄的水体的运动方向受风向影响,但绝大多数时间垂向整体的潮平均输送速度(即余流)为沿岸北上,即使在强北风气象条件下也是如此(图1)。从传统物理海洋学观点看,这一北向沿岸流与地球自转效应和风生流方向均相反,为“逆向”,但它却与苏北水域长期存在低盐水和来自长江的营养盐泥沙物质的观测事实相符。北向沿岸流主要在近岸,在外侧的测点(离岸约50km)余流方向开始偏东北。只有在小潮期间短暂的两天沿岸流方向才与风向一致为向南流动。进一步数值模拟显示,苏北近岸水域的北向沿岸流发端于长江口,延伸至废黄河口南侧水域,然后与海州湾内南向沿岸流辐合后转为离岸运动,如图2所示意。
    研究进一步探讨了风生流和潮流的联合作用机制,发现由于海底摩擦的非线性,潮流作用下有效底摩擦迅速增加,导致了潮流环境下风生流的显著减弱。以上两个机制联合作用,造成冬季偏北季风下苏北海域的沿岸流方向为逆风北上。仅在小潮期间的少数几天潮汐作用减弱,沿岸流方向才转为和风向一致。夏季盛行偏南风,可以推断苏北沿岸流方向依然为北向,甚至更强,数值模拟的结果也证实了这一点。
    该研究于2018年1月发表于JGR-oceans,作者为吴辉、顾靖华和朱平。

图3 数值模拟的苏北水域各月盐度分布。左列:只有长江径流;中列:只有苏北地方河流径流;右列:同时考虑长江和苏北地方河流径流

 
    进一步,研究人员利用数值模拟量化了长江对苏北水域的影响程度。结果表明,在33.5oN以南的苏北水域长江是主要的淡水来源,34.5oN以北地方河流是主要淡水来源,在两者之间则受到两个来源的共同影响(图3)。长江冲淡水抵达苏北海域的动力机制就是上述的北向潮致沿岸流。总体而言,冬季苏北海域70%的冲淡水来自长江,夏季这一比例则上升到了80%。苏北水域长江淡水含量的峰值要落后于长江径流峰值约2个月。在秋冬季节,苏北水域的长江冲淡水主要为前期长江冲淡水的残留,受北向沿岸流的影响得以维持。
    该研究于2018年4月以封面论文的形式发表于“海洋学报英文版”,作者为朱平和吴辉。