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珠江口是世界上水系最复杂的河口之一,受径流、潮汐和南海近岸环流等综合影响,水动力条件复杂。河口位于河流和海洋的交接地带,受到河流动力和海洋动力的双重影响。近十年来,用水量不断增加、上游来水减少、以及地形变化和海平面上升等因素共同作用,使得咸水入侵愈演愈烈,严重影响广州、珠海、澳门等地的供水,对城乡居民生活以及工农业生产造成很大的影响;而咸水入侵的程度显然与珠江口盐度锋面强度和位置的变化有关。因此,研究珠江口盐度锋面变化的动力机制很有必要。
本文通过利用ECOMSED模式来研究珠江口冬季盐度锋面变化的动力机制。模式由风、潮汐和河流径流驱动。由模式计算得到的潮位过程(包括水位涨落、潮差、涨落潮历时)、流速和盐度均与实测数据吻合较好。因此,该模式能够较为真实地反映珠江河口的实际潮流和盐度锋面的分布情况。珠江口潮汐性质为不正规半日潮,以M2分潮为主。潮波在由外海向口内传时,由于水深逐渐减小,河道变窄,能量富集,振幅沿河口由南向北逐渐增加。潮流在外海以旋转流为主,在口内以往复流为主,流向与岸线走向基本一致。通过分析动量和盐度输运方程表明,在动量方程中,风应力项、压强梯度力项和速度的时间导数项占优;而在盐度输运方程中,盐度的时间导数项、水平平流项和垂直混合项则为主要项。通过增加河口内各个站点的径流来研究哪个口门的径流量对珠江口的盐度锋面有着较为显著的影响。结果表明,当大虎的径流量增大而保持其他三个站点的径流量不变时,锋面位置变化最为明显。南沙、冯马庙的径流量增大对珠江口盐度锋面的影响比较局部且程度相对较弱,而横门的径流量增大则对盐度锋面几乎没有影响。可见,虎门口门处的大虎站对珠江口的盐度锋面的影响最为显著。同时,增大各个口门的径流量在一定程度上抑制了外海高盐水的上溯,使盐度等值线和锋面位置南移。通过在模式中加入1999-2008年的风场来研究风场的年际变化对珠江口盐度锋面的影响,其中以1999年的风速为最大,而2007年的风速是最小。风场的敏感性实验结果表明:在冬季,盐度锋面受风场影响明显,1999年的22-psu盐度等值线最靠近西侧,而2007年的22-psu盐度等值线最靠近东侧,因而盐度锋面在2009年最靠北,而在2007年盐度锋面位置南移,最靠南,这与风速有着很好的对应关系。另外,本文还通过模式试验来研究风速与风向对盐度锋面的影响。结果表明:增大风速和改变风向均能影响盐度锋面,风速越大或者东北风风向越向东移,则盐度等值线越往西侧移,盐度锋面也越向西移,但风速与风向对盐度锋面影响的不同之处主要集中在珠江口北部。