长江口潮差的时空变化及其环境意义

论文摘要

河口地区海陆相互作用强烈,各种环境因素相互影响,这些因素的变化都与水动力条件的变化密切相关。潮汐是河口水动力环境的重要组成部分,而潮差则是衡量潮汐强度的重要指标。河口地区潮差受外海潮汐、海岸地形、河流径流等因素共同影响,变化机制复杂,具有强烈的时空分布特征。潮滩是河口海岸地区主要的地貌类型之一,它的冲淤演变、植被分布等与潮汐及其变化密切相关。研究河口潮差的时空变化可以为河口盐水入侵、泥沙运动、航道演变、岸滩冲淤规律等提供重要的动力机制诠释。本文利用长江口佘山潮位站1972-2018年共66336个数据的预报潮差序列,以及部分站点的短期实测潮位资料,结合统计分析、小波分析、MK检验、调和分析等方法,探讨了在海平面上升等因素影响的背景下,长江口潮差的时间变化特征。利用海图资料、实测潮滩地形、潮滩实测水文数据、遥感影像等资料,并结合MIKE21水动力数值模型、ArcGIS软件等技术方法,构建了长江口潮汐动力模型与崇明东滩数字高程模型。基于上述模型分析了长江口潮差空间分布特征及其对于海平面与径流变化的响应,以及潮差变化对于潮滩淹水区域变化的影响。主要研究结论如下:1)佘山站潮差除了常见的大小潮周期之外还存在着周期为0.5 a的季节性变化以及周期为18.5 a的年代际尺度变化。0.5 a周期潮差变幅约19 cm,约等于多年平均潮差的7.5%,月均潮差的年内极大值出现在3月和9月,极小值出现在6月和12月;18.5 a周期潮差变幅约16 cm,相当于多年平均潮差的6.3%,1972-2018年间年均潮差的极大值出现于1977、1996和2015年,极小值出现于1986和2005年。这种中长周期的潮差变化与长江口盐水入侵、悬沙浓度变化以及水下三角洲冲淤演变等环境因素的重大变化在时间上存在着明显的对应关系,可能对长江口生态环境等因素的变化具有十分重要的潜在影响。根据潮差18.5 a周期变化推断,在20152024年间长江口的潮差将呈现出显著减小的趋势,这可能导致盐水入侵和海底侵蚀活动产生相应的减弱,长江口的悬沙浓度也会相应的降低。2)在空间上,长江口年平均潮差从口内南支系统上游徐六泾的1.9 m到口门拦门沙处的3.9 m。在口外海域南汇嘴附近潮差大于启东嘴附近,但由于河道收窄、水深较浅等因素导致口内部分北支潮差普遍大于南支。调和分析结果显示半日分潮M2为长江口地区主导分潮,且M2分潮与潮差的空间变化趋势基本相同。3)上游径流量的改变会对长江口潮差产生一定的影响,利用潮汐数值模型分别模拟径流量10000 m3/s、30000 m3/s、50000 m3/s以及70000 m3/s时的潮差变化。当径流量增大后自口门向内的区域月均潮差整体呈下降趋势,相比于径流量10000 m3/s时,月均潮差的平均下降幅度分别约为2.3 cm,5.3 cm以及7.8 cm。潮差下降幅度自上游至口门方向逐渐递减,至口外已无明显变化。径流增加引起潮波变形加剧,随着径流量增大口内大部分地区的潮汐不对称强度均呈显著上升状态。4)受全球变暖等因素影响,中国海平面近年来呈显著上升趋势。长江口地面沉降问题素来十分显著,与海平面上升相结合后,造成长江口地区相对水深的改变,这无疑会对潮波传播和潮差产生一定的影响。根据模拟结果,平均海平面升高1m后,长江口自口门向内区域潮差呈上升趋势,上升幅度自口门拦门沙处向上游徐六泾逐渐递增,平均上升幅度约0.25 m。随着平均海平面升高,潮汐作用加剧,口内潮汐不对称强度呈下降趋势。5)以崇明东滩为例,根据遥感影像与数值模型分析,潮滩植被覆盖面积在2015年较2005年增加约27.5%。在不包括海平面上升、滩面冲淤及围垦的情况下,在潮差18.5 a周期变化中,年均潮差处于极大值的2015年潮间带淹没区域面积较年均潮差处于极小值的2005年增加9.2%。综上所述,长江口潮差的时空变化达到不可忽视的程度,其对环境的影响值得引起重视。

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第一章绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 潮差时空变化研究进展

1.2.2 潮滩潮汐动力研究进展

1.2.3 长江口潮差研究进展

1.3 主要研究内容

1.4 本文研究路线

第二章研究区域与研究方法

2.1 研究区域概况

2.1.1 长江口概况

2.1.2 长江口潮滩概况

2.2 研究方法

2.2.1 统计模型

2.2.2 数值模型

2.2.3 潮滩数字高程模型

第三章长江口潮汐场数值模型的构建

3.1 模型介绍

3.1.1 模型概述

3.1.2 基本方程

3.1.3 定解条件

3.2 模型的建立与参数设置

3.2.1 模型范围与网格划分

3.2.2 地形资料

3.2.3 模型参数设置

3.3 模型结果验证

3.3.1 长江口潮位站水位验证

3.3.2 长江口野外站点水动力验证

第四章潮滩高程模型构建

4.1 模型构建方法

4.2 海图及实测资料插值结果

4.2.1 数据来源

4.2.2 海图及实测资料插值

4.3 潮滩水动力模型校正

4.3.1 潮滩水动力模型建立

4.3.2 潮滩水动力模型验证

第五章长江口潮差的时空变化

5.1 潮差的时间变化

5.1.1 潮差的半日与半月变化

5.1.2 潮差的半年变化

5.1.3 潮差的18.5 年变化

5.1.4 月均潮差的变化趋势

5.2 潮差的空间变化

5.2.1 长江口年均潮差的空间变化

5.2.2 长江口月均潮差的空间差异

5.2.3 长江口海区同潮图

第六章长江口潮差变化的影响因素

6.1 天文因素对潮差变化的影响

6.2 径流对潮差变化的影响

6.2.1 不同径流量下的长江口潮汐场

6.2.2 不同径流量下长江口潮汐特征值的沿程分布

6.3 海平面对潮差变化的影响

6.3.1 当前海平面下的长江口潮汐场

6.3.2 海平面上升1m后的长江口潮汐场

第七章潮差周期对潮滩环境的影响

7.1 潮滩淹没范围的变化

7.2 潮差周期性变化对潮滩淹没范围的影响

7.2.1 潮差18.5 年周期变化对潮滩淹没范围的影响

7.2.2 潮差0.5 年周期变化对潮滩淹没范围的影响

第八章结语

8.1 主要结论

8.1.1 潮差的周期性变化

8.1.2 潮差的空间变化

8.1.3 径流量变化对潮差的影响

8.1.4 海平面变化对潮差的影响

8.1.5 潮差周期变化对潮滩的影响

8.2 创新与不足

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张赛赛

导师: 李占海,杨世伦

关键词: 潮差,周期性变化,空间分布,潮滩,长江口

来源: 华东师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学,海洋学,海洋学

单位: 华东师范大学

分类号: P731.23;P737.1

总页数: 91

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