南黃海輻射沙脊群特大潮差分析

丁賢榮，康彥彥，茅志兵，孫玉龍，李森，高旋，趙曉旭

（1.河海大學水文水資源學院，江蘇南京 210098；2.河海大學港口海岸及近海工程學院，江蘇南京 210098；3.河海大學地球科學與工程學院，江蘇南京 210098）

南黃海輻射沙脊群特大潮差分析

丁賢榮1，康彥彥2*，茅志兵1，孫玉龍3，李森3，高旋3，趙曉旭3

（1.河海大學水文水資源學院，江蘇南京 210098；2.河海大學港口海岸及近海工程學院，江蘇南京 210098；3.河海大學地球科學與工程學院，江蘇南京 210098）

根據(jù)輻射沙脊群中部條子泥兩翼沿海自建的4座潮位遙測站的實測記錄，2012年10月17日新條魚港站觀測到了9.39 m的特大潮差，不僅證實了20世紀80年代小洋口海域9.28 m的潮差記錄的可信性，而且刷新了此海域最大潮差記錄?；谝苿玉v潮波和動力地貌理論，本文采用潮位實測分析、二維水動力數(shù)值模擬和潮灘地貌遙感解譯等方法，闡述了特大潮差的動力成因及其地貌響應機理，提出了條子泥二分水同步潮位跳繩效應，從理論上分析了該海域?qū)崪y特大潮差的合理性。如若改變最大潮差統(tǒng)計方法，該海域最大潮位差可達9.62 m，關(guān)于輻射沙脊群對重新認識輻射沙脊群及中國沿海極值潮汐特征更具有創(chuàng)新價值。

輻射沙脊群；移動駐潮波；最大潮差；條子泥

1 引言

輻射沙脊群海域特大潮差是個特例。黃海沿岸潮差，東部朝鮮沿岸普遍大于西部中國沿岸［1—2］。1980年代《江蘇省海岸帶和海涂資源綜合調(diào)查（報告）》指出最大可能潮差在弶港外海一帶，實測小洋口最大潮差9.28 m［3］，本文測量結(jié)果為9.39 m。在相同潮波環(huán)境的海岸，特大潮差多出現(xiàn)在喇叭形港灣及河口，如杭州灣、芬地灣、亞馬孫、紅河口等［4］，但江蘇沿海屬開敞式平原海岸［4—6］，出現(xiàn)如此大的潮差，實屬罕見。

關(guān)于輻射沙脊群特大潮差的研究基礎(chǔ)薄弱。對此海域特大潮差成因目前有一個基本共識，主要是特殊的潮波系統(tǒng)所致。東海前進潮波與黃海旋轉(zhuǎn)潮波相遇，沿弶港（32°45′N，120°50′E）向東北一帶海域形成移動駐潮波輻聚區(qū)［7］，造成輻射沙脊群海域潮差大，潮流強。然而，幾十年來，因輻射沙脊群海域缺少長系列實測潮位資料，分析其潮汐特征主要基于短期有限的潮位資料，運用大區(qū)域范圍的潮汐數(shù)值模擬［8—11］等方法。吳德安等基于21個驗潮站資料建立最大可能潮差的計算公式［12］，分析輻射沙脊群海域可能發(fā)生的最大潮差。雖然前人研究對輻射沙脊群海域潮差大已有共識，但對最大潮差帶的分布區(qū)域尚不明確，具體潮差能夠達到多少更是沒有定論。因無測量細節(jié)，甚至9.28 m潮差記錄長期被質(zhì)疑。

本研究主要根據(jù)輻射沙脊群沿海6個潮位站同步實測資料，分析沿海潮差分布特征，研究最大潮差的成因及其地貌響應。該研究對重新認識江蘇及中國沿海極值潮汐特征具有創(chuàng)新價值。

2 沿海潮位站及研究資料

2.1 自建4個潮位遙測站

受國家科技支撐計劃和國家海洋公益項目資助，針對輻射沙脊群海域兩大潮波交匯的特點，以條子泥為中心，自2010年10月至2012年10月，相繼建成了大豐港、東大港、新條魚港和洋口港4座潮位自動遙測站。潮位自動遙測站主要由室外－海上潮位監(jiān)測設(shè)備與室內(nèi)－信息采集與管理系統(tǒng)兩部分組成，采用移動通訊實現(xiàn)內(nèi)、外設(shè)同步運行，構(gòu)建遠程潮位動態(tài)監(jiān)測信息管理系統(tǒng)。

表1 輻射沙脊群海沿岸4個新建潮位遙測站概況Tab.1 Details of four newly built tide-gauge stations

室外海上潮位監(jiān)測設(shè)備包括觀測儀器支撐平臺和觀測設(shè)備兩部分。海上支撐平臺設(shè)在岸外8～10 km的海面上，分為立柱式鋼質(zhì)塔架（圖1新條魚港站）和港口棧橋（圖1洋口港站）兩種類型。立柱式鋼質(zhì)塔架全長35 m，插入海床以下深度約13～15 m，低潮海面以上高度約20 m，低潮時站位水深2～3 m。塔架由6個方向展開（60°）的拉索構(gòu)筑而成。觀測設(shè)備以懸掛水面以上的液面測距雷達為核心，包掛太陽能供電系統(tǒng)、水面測距雷達測量系統(tǒng)、水位及工況監(jiān)測數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)、測站綜合信息無線傳輸系統(tǒng)和航標燈安全警示系統(tǒng)。潮位數(shù)據(jù)采集固定時長的連續(xù)采集方式，每隔5 min采集一次潮位數(shù)據(jù)，每次采集為時長3 s。水面測距雷達誤差為1 mm。室內(nèi)信息采集與管理系統(tǒng)，主要包括海上潮位測站數(shù)據(jù)采集、存儲與管理，海上測站實時水位及供電工況等信息演示系統(tǒng)。

2.2 研究資料

本文研究資料主要包括實測潮位數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)和衛(wèi)星遙感影像。

潮位資料主要依據(jù)4座新建潮位站2012年實測逐時潮位數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，同時搜集了射陽、呂四兩座潮位站的2012年實測高低潮位數(shù)據(jù)（國家海洋局南通海洋環(huán)境監(jiān)測中心站提供）。新條魚港和東大港兩站由于建站時間短，其潮位分析資料時間段為2012年10－12月，其余各站均為2012年整年潮位資料。

地形資料主要利用江蘇908專題調(diào)查中輻射沙脊群海域?qū)崪y地形資料構(gòu)建輻射沙脊群海域的最新數(shù)字高程模型（DEM），分辨率為300 m×300 m。該DEM為進一步的二維水動力學數(shù)值模擬模型提供了最新的可靠地形。

遙感影像主要選取了此海域的低潮位環(huán)境星數(shù)據(jù)，空間分辨率30 m（見圖7a）。對遙感影像進行了輻射糾正、幾何糾正，糾正精度在一個像元以內(nèi)，進行圖像增強預處理后待用。

3 新條魚港實測潮差9.39 m

據(jù)實測潮位資料，新條魚港站實測特大潮差9.39 m，時間2012年10月16－18日，為特征大潮期間。2012年10月17日13：03實測最高潮位5.07 m（當?shù)仄骄Ｆ矫?，下同）?9：11實測最低潮位－4.32 m，實測特大潮差9.39 m（見圖2，表2），超過沿用至今的小洋口20世紀80年代實測潮差9.28 m。新條魚港站實測特大潮差記錄具有可靠性。

（1）觀測平臺穩(wěn)固。大豐港和洋口港2站直接架設(shè)在港口棧橋的前段平臺邊緣，東大港和新條魚港為專設(shè)的鋼管塔架，鋼管長35 m，下段打入海床以下13～15 m，上段露出海面15 m左右，且有3組6根鋼絲拉索固定（圖1），2012年12底檢查，塔架未變形，工況穩(wěn)定。

圖1 輻射沙脊群沿海潮位自動遙測站位置圖及場景Fig.1 Locations for tide-gauge stations and on-site photos

圖2 新條魚港2012年10月16－18日潮位曲線Fig.2 Tide curve of the Xintiaoyugang Station

（2）潮位記錄可靠。潮位站塔架及水位測距雷達監(jiān)測設(shè)施符合水文觀測規(guī)范，監(jiān)測運行正常，新條魚港站自2012年10月12日建成以來，每隔5 min采集一次潮位數(shù)據(jù)，每次采集為時長3 s（見表2），潮位監(jiān)測數(shù)據(jù)尤其是最高、最低潮位過程連續(xù)而完整。即每一個潮位監(jiān)測數(shù)據(jù)是連續(xù)3 s測距雷達脈沖數(shù)據(jù)的平均值，而非瞬間脈沖值，基本排除了波浪對潮位監(jiān)測的干擾（見表3）。

（3）觀測海域可信。輻射沙脊群南翼的小洋口海域是我國實測最大潮差歷史記錄海域。1980年至1982年，在小洋口附近海域進行了5個斷面14個站位的近岸或潮灘水流泥沙觀測，小洋口海域?qū)崪y潮差9.28 m［3］，此潮差記錄保持了30年。新條魚港潮位站位置與20世紀80年代小洋口觀測位置相近（見圖2），條魚港屬小洋口潮汐水道北支主要潮水溝，該記錄具有海域可比性。

（4）9.39 m屬天文大潮潮差。2012年10月中旬，受副熱帶高壓控制，黃海、東海海域天氣持續(xù)晴朗，既無臺風活動影響，也無大范圍風浪，即無風暴潮增減水影響。經(jīng)查詢中華人民共和國交通運輸部及中央氣象臺公布的2012年10月17日14時公布的海況表，當天黃海南部天氣晴，海況良好［14］。

表2 2012年10月17日及11月14日新條魚港站極值潮位過程摘錄表Tab.2 Extracting table of data from tidal observation in the Xintiaoyugang Station

表3 輻射沙脊群沿海波浪特征［13］Tab.3 Wave characteristics of radial sand ridges

4 輻射沙脊群海域潮差中部大外圍小的空間規(guī)律

4.1 海岸南北沿線6站實測潮差分析

依據(jù)6個潮位站的特征大潮、特征小潮和月平均3項潮差分析，均呈現(xiàn)上凸形態(tài)。中部條子泥附近潮差大，特大潮差在新條魚港，向南北依次減少，且北部潮差比南部?。▓D3）。月平均潮差的統(tǒng)計時間段：2012年10月13日—11月11日（農(nóng)歷八月二十八—九月二十八）；特征大潮的統(tǒng)計時間段：2012年10月16—18日；特征小潮的統(tǒng)計時間段：2012年10月 23—25日。

圖3 輻射沙脊群沿海6個潮位站潮差分布圖Fig.3 Distribution patterns of tidal ranges of six stations along the coast

4.2 輻射沙脊群沿岸潮位“跳繩效應”

高潮時，中部條子泥附近（新條魚港站、東大港）最高，向南（洋口港、呂四）、北（大豐港、射陽）兩翼均逐漸降低。同理，低潮時，中部條子泥附近（新條魚港站、東大港）最低，向南（洋口港、呂四）、北（大豐港、射陽）兩翼均逐漸升高。潮汐周期波動，輻射沙脊群沿岸潮位則呈現(xiàn)“跳繩效應”，形成中部條子泥潮差最大、南北兩翼漸小的空間特征。

本文收集整理了輻射沙脊群海域沿岸4個潮位站（射陽、大豐港、洋口港、呂四）2012年整年潮位數(shù)據(jù)及2012年10－12月的東大港和新條魚港的潮位資料，統(tǒng)計各站潮位平均潮位和極值潮位值（表4），其值呈現(xiàn)“跳繩效應”（圖4）。

表4 輻射沙脊群沿岸2012年整年潮位特征值統(tǒng)計表Tab.4 Statistical table of tide levels in 2012

圖4 輻射沙脊群沿岸潮位的“跳繩效應”Fig.4 “Rope skipping”effect of tide levels along the coast

4.3 輻射沙脊群海域潮差空間分布特征

本研究采用MIKE21 Flow Model［15］進行了南黃海輻射沙脊群海域潮位數(shù)值模擬。計算區(qū)域南北為31.9°～34.0°N，東西為120.4°～123.0°E（見圖5）。計算網(wǎng)格采用三角網(wǎng)最小格網(wǎng)為300 m，時間步長取60 s。水平渦動粘性系數(shù)采用Smagorinsky公式［16］計算。初始條件以零啟動。邊界條件分為：閉邊界采用不可入條件，法向流速取為0；開邊界外海潮位由東中國海潮波數(shù)學模型［7］提供，動邊界處理采用干濕網(wǎng)格法［17］。模型控制方程和離散方法見文獻［15］。模型模擬了2012年10月連續(xù)1個月的潮位變化，經(jīng)驗證計算值與實測值吻合良好，表明模型能較好地模擬該海域的潮位變化過程，可以計算海域潮差分布。

由模型計算結(jié)果提取了2012年10月17日大潮期間的輻射沙脊群海域的潮差平面分布圖（見圖5）可見，整個條子泥一帶潮差均較大，達7 m以上。以條子泥為中心，南北呈半圓形展開，南部潮差較北部潮差偏大，特大潮差分布于弶港岸外條子泥二分水一帶，具體位于條子泥偏南部海域新條魚港潮位站附近。由于條子泥區(qū)域的詳細地形資料缺乏，數(shù)值模擬并沒有模擬出最大潮差的詳細發(fā)生位置，只顯示出一塊大潮差的分部。但是根據(jù)模擬結(jié)果的潮差分布圖推斷，新條魚港的深槽應該為最大潮差分部區(qū)。

5 移動駐潮波造就輻射沙脊群特大潮差

5.1 移動駐潮波

江蘇沿海主要受兩個潮波系統(tǒng)控制。以廢黃河口外無潮點為中心的旋轉(zhuǎn)潮波系統(tǒng)控制著江蘇沿海的北部海區(qū)，而南部海區(qū)則受自東海進入的前進潮波系統(tǒng)制約。兩大潮波交匯于江蘇沿海中部輻射沙脊群海域。南黃海M2分潮波同潮時線圖6a為旋轉(zhuǎn)潮波與后繼前進潮波相遇之前，兩條326°同潮時線分屬各自的潮波系統(tǒng)；圖6b是兩個潮波相遇之后，產(chǎn)生了一個新的向弶港傳播的潮波分支，以327°同潮時線起始與表示。后于327°的同潮時線反映出該潮波分支自東北向西南傳播，指向蘇北海岸的弶港。同潮時線群呈弧狀包圍圈向弶港岸邊推進，形成潮波輻聚，而此潮波輻聚區(qū)正與輻射沙脊群的位置與形態(tài)相吻合［7］。

兩潮波波峰線匯合，在輻射沙脊群海域形成駐潮波區(qū)。該駐潮波由于受海底摩擦的影響，表現(xiàn)出向弶港岸邊逐漸推進的特征，故稱之為移動性駐潮波［7］。

圖5 特征大潮時期潮差平面分布Fig.5 Planar distribution of tidal ranges in spring tide

移動駐潮波控制下的潮波輻合區(qū)（輻射沙脊群海域）由于潮波能量集中使振幅增大，潮差呈現(xiàn)半圓弧狀向弶港（條子泥）推進的分布形態(tài)，在弶港岸外條子泥二分水一帶形成特大潮差帶。因此，移動駐潮波是形成輻射沙脊群海域特大潮差的主要動力原因。

圖6 南黃海M2分潮波同潮時線分布（資料來源：張東生等［7］）Fig.6 Co-phase lines of M2component in southern Yellow Sea

5.2 條子泥二分水兩大潮波交匯帶地貌特征遙感解譯

二分水是兩大潮波的漲潮交匯線，當?shù)厝艘卜Q二分水為“兩碰水”。據(jù)當?shù)鼐用瘢蟪毖磿r常會出現(xiàn)南北兩股水相碰，擊水水頭數(shù)丈，濤聲若雷的奇觀景象。北部的西洋潮流沿西大港和東大港兩大潮水溝系統(tǒng)由北向南運動，南界至二分水；南部黃沙洋潮流沿小洋港及條魚港由南向北流動，北界也至二分水。二分水是南北兩大納潮盆地的漲潮潮水交匯線，南北兩股潮水只能運動到水溝系統(tǒng)的尾稍段。二分水如同無形的墻，兩翼漲潮流交匯一般不超過分水線。

條子泥二分水代表南北兩大潮波交匯的地貌特征線，是條子泥潮灘上脊背狀地勢的最高帶，呈東西向垂直海岸線延伸，兩翼地形漸低，是條子泥南北兩翼潮波交匯最顯著、最具體的動力地貌界線。因條子泥潮灘持續(xù)淤積，成為高邊灘，無法實測其最低潮位和特大潮差特性，只能在條子泥邊緣的新條魚港站可觀測到實測最高潮位、最低潮位、特大潮差。依據(jù)低潮位潮灘遙感影像溝梢外包線法［18］確定條子泥二分水的具體位置（圖7a）。

圖7 條子泥二分水遙感解譯（a）和條子泥海域的潮差分布圖（b）Fig.7 Remote sensing interpretation of Erfenshui in the Tiaozini area（a）and distribution of tidal ranges（b）in the Tiaozini sea area

5.3 關(guān)于最大潮差問題的討論

5.3.1 9.39 m潮差新創(chuàng)了中國沿海實測最大潮差記錄

中國沿海潮差，因海洋地理條件制約，南海普遍較小，渤海次之，東海、黃海沿岸普遍較大［1］?！鞍嗽洛X塘潮，壯觀天下無”，人們普遍以為杭州灣錢塘潮中國最大，但杭州灣灣頂澉浦最大實測潮差只有8.93 m［19］。新條魚港站實測潮差9.39 m大于杭州灣澉浦最大實測潮差0.46 m，是其一。其二，新條魚港站2012年實測潮差9.39 m比20世紀80年代小洋口實測潮差9.28 m大0.11 m，不僅解除了對小洋口實測潮差9.28 m的多年疑慮，而且打破了該海域30年來實測最大潮差記錄。

5.3.2 9.39 m并非最大潮差

最大潮差的定義有待討論。潮差通常的定義指相鄰潮位峰谷的落差［19］。作者以為最大潮差不應強調(diào)“相鄰”潮位峰谷的概念，而應強調(diào)同地最高潮位與最低潮位之間的高差。

新條魚港實測最大潮差應為9.62 m。新條魚港潮位站有3組值得研究的實測最大潮差數(shù)據(jù)。新條魚港實測最高潮位是2012年10月17日13：03 5.07 m?？捎糜谧畹统蔽挥嬎愕臄?shù)據(jù)有3組（表5）。本文特大潮差是遵循通用潮差定義為9.39 m，但作者更傾向于最大潮差9.62 m，可能對海岸工程安全設(shè)計和航行安全更有價值。

表5 新條魚港站實測最大潮差的潮位時間表Tab.5 Statistics of maximum tidal ranges in the Xintiaoyugang Station

此次監(jiān)測僅是天文次大潮潮差。2012年的農(nóng)歷八月十八為10月3日。因新條魚港潮位遙測站是2012年10月12日新建站，只觀測到10月16日至17日（農(nóng)歷九月初二）天文次大潮的潮差，比農(nóng)歷八月十八（10月3日）天文大潮晚了一個大潮周期（14 d）。換言之，輻射沙脊群海域的特大潮差理論上應大于9.39 m，有可能高達9.62 m，有待將來潮位觀測。

6 結(jié)論

輻射沙脊群南翼新條魚港潮位遙測站觀測到的9.39 m潮差是可信的，其潮位遙測站觀測方法可靠，輻射沙脊群移動駐潮波及條子泥二分水動力地貌等分析合理。該潮差不僅證實了1986年小洋口9.28 m的特大潮差可信，而且刷新了該海域最大潮差記錄，新創(chuàng)了中國沿海最大潮差記錄。如若改變最大潮差計算標準，新條魚港最大潮差可達9.62 m。

新條魚港站實測特大潮差是南北兩大潮波交匯而成的移動駐潮波所致。輻射沙脊群潮差分布中部大，以條子泥為中心，南北兩翼漸小，漲落同步潮位形成“跳繩效應”。

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Analysis of largest tidal range in radial sand ridges southern Yellow Sea

Ding Xianrong1，Kang Yanyan2，Mao Zhibing1，Sun Yulong3，Li Sen3，Gao Xuan3，Zhao Xiaoxu3
（1.College of Hydrology and Water Resources，Hohai University，Nanjng 210098，China；2.Collegeof Harbor，Coastal and Offshore Engineering，Hohai University，Nanjng 210098，China；3.School of Earth Sciences and Engineering，Hohai University，Nanjng 210098，China）

The largest tidal range 9.39 m was observed on October 17，2012 at Xintiaoyugang station which is one of 4 tide－gauge stations along coast of the radial sand ridges，southern Yellow Sea.It confirms that the historical tidal range 9.28 m in Xiaoyangkou in 1980＇s is reliable and the largest tidal range record in this sea area is renewed.Reasons of the largest tidal range are expressed from two aspects.One is＂movable standing tidal wave＂that is the hydrodynamic cause by hydrodynamic simulation modeling.The other is＂the water diversion＂（Erfenshui）that is the dynamic geomorphic reason by remote sensing interpretation.As the results，＂Jump Rope＂effect of the synchronous water level along Tiaozini tidal flat and the largest tidal range of 9.39 m is reasonable and effective.Even more，the maximum tidal range in this area could be 9.62 m if statistical method can be changed.The largest tidal range of radial sand ridges in this paper has reference value and innovation of the tidal characteristics in the whole coast of China.

radial sand ridges；the largest tidal range；movable standing tidal wave；Tiaozini

P731.23

A

0253-4193（2014）11-0012-09

2013-04-17；

2013-12-05。

國家科技支撐計劃（2012BAB03B01）；國家海洋公益性行業(yè)科研專項（201005006－3）；江蘇省研究生創(chuàng)新計劃項目（2013B20814）。

丁賢榮（1955—），男，江蘇省句容市人，教授，主要從事自然地理、水利及海洋地理信息研究。E-mail：dingxr＠126.com

*通信作者：康彥彥，博士研究生，研究方向：GIS、RS在海岸海洋研究中的應用。E-mail：kangyanyan850214＠126.com

丁賢榮，康彥彥，茅志兵，等.南黃海輻射沙脊群特大潮差分析［J］.海洋學報，2014，36（11）：12—20，doi.10.3969／j.issn.0253-4193.2014.11.002

Ding Xianrong，Kang Yanyan，Mao Zhibin，et al.Analysis of largest tidal range in radial sand ridges southern Yellow Sea［J］.Acta Oceanologica Sinica（in Chinese），2014，36（11）：12—20，doi.10.3969／j.issn.0253-4193.2014.11.002