浙江大學海洋學院人工上升流研究團隊與美國伍茲霍爾海洋研究所Weifeng (Gordon) Zhang博士關於陸架河谷對河流羽流輸運過程影響機制的研究取得新成果。相關學術論文「Impact of Shelf Valleys on the Spread of Surface-Trapped River Plumes」，以海洋學院16級博士生肖燦博為第一作者，近日在海洋領域重要學術期刊《Journal of Physical Oceanography》在線發表。
作為古老河流系統向海的延伸，陸架河谷是近海熱、鹽、沉積物與營養鹽的重要搬運通道。世界上眾多河口區域（如中國長江、美國哈德遜河）存在陸架河谷地形，然而有關陸架河谷對河流羽流的影響一直以來被人們所忽視。前人數值實驗表明，陸架谷地對河流羽流的輸運具有顯著影響，但並未開展系統的理論研究。
文章以長江口水文特徵為背景建立理想ROMS模型，模擬了無外力（潮流、風場）作用下河流衝淡水在有谷地和無谷地的陸架坡上的發展過程（圖1）。所有模擬結果表明，河流衝淡水進入陸架區域後受科式力影響均沿順時針方向向右運動，最終撞擊下遊岸線形成兩條支流（圖1a,d,g）：一條支流沿岸向河口方向回流，使得衝淡水在河口附近不斷聚集，形成 「包塊」；另一條支流則向下遊運動，與開爾文波的傳播方向一致，形成沿岸流。谷地對河口附近的「包塊」具有明顯壓縮效應（圖1j,k,m,n），同時伴隨著沿岸流的微弱增強（圖1i,o）。這與衝淡水在陸架坡上（10-30m）表現出正壓流特性有關（Slope Burger數；Rossby數）。為保持位渦守恆，衝淡水流經谷地上方時具有沿等深線流動的趨勢，因而向海岸線方向移動，解釋了谷地對包塊的擠壓效應。受該效應影響，衝淡水撞擊下遊岸線時的夾角變大，增加了動量向沿岸流的輸入，解釋了谷地對沿岸流的增強效應。
圖 1（a-i）不同陸架河谷地形下非強迫河流羽流在第27天的形態（從左列至右列依次為「包塊」俯視圖、「包塊」中心斷面圖和沿岸流斷面圖）: （a-c）無陸架河谷；（d-f）陸架河谷與岸線90度；（g-i）陸架河谷與岸線45度。其中顏色代表鹽度、黃色點劃線為羽流邊界、俯視圖中的箭頭為表面流矢量、斷面圖中的白色實線與虛線分別為沿岸向上遊和下遊方向的流速大小。（j-o）不同陸架河谷地形下非強迫河流羽流在第27天的場量異常：（j-l）陸架河谷與岸線90度；（m-o）陸架河谷與岸線45度。其中顏色代表鹽度異常、俯視圖中的箭頭為表面流矢量異常、斷面圖中的黑色虛線為沿岸向下遊方向的流速異常
從位渦守恆與動量守恆原理出發，本文最終解析了沿岸流的流量變化（ΔQc）與徑流流量（Q）、科式加速度（f ）、谷地地形參數（長度Lν；寬度Wν；深度Hν；方位θν）間的依賴關係，提出的理論公式與敏感性數值實驗結果吻合良好（圖2）。本文揭示的河谷對非強迫河流羽流的影響機制將有助於將來在更實際的條件下研究地形對河流羽流的影響。
該項成果得到項目團隊承擔的國家自然科學基金項目、國家重點研發計劃子課題資助，同時獲得國家留學基金委資助；數值計算工作則得到舟山校區高性能計算集群支持。
文：肖燦博
排版編輯：胡仁凱
責任編輯：高楚清 屈若冰