浙江大学海洋学院人工上升流研究团队与美国伍兹霍尔海洋研究所Weifeng (Gordon) Zhang博士关于陆架河谷对河流羽流输运过程影响机制的研究取得新成果。相关学术论文“Impact of Shelf Valleys on the Spread of Surface-Trapped River Plumes”，以海洋学院16级博士生肖灿博为第一作者，近日在海洋领域重要学术期刊《Journal of Physical Oceanography》在线发表。

作为古老河流系统向海的延伸，陆架河谷是近海热、盐、沉积物与营养盐的重要搬运通道。世界上众多河口区域（如中国长江、美国哈德逊河）存在陆架河谷地形，然而有关陆架河谷对河流羽流的影响一直以来被人们所忽视。前人数值实验表明，陆架谷地对河流羽流的输运具有显著影响，但并未开展系统的理论研究。
文章以长江口水文特征为背景建立理想ROMS模型，模拟了无外力（潮流、风场）作用下河流冲淡水在有谷地和无谷地的陆架坡上的发展过程（图1）。所有模拟结果表明，河流冲淡水进入陆架区域后受科式力影响均沿顺时针方向向右运动，最终撞击下游岸线形成两条支流（图1a,d,g）：一条支流沿岸向河口方向回流，使得冲淡水在河口附近不断聚集，形成 “包块”；另一条支流则向下游运动，与开尔文波的传播方向一致，形成沿岸流。谷地对河口附近的“包块”具有明显压缩效应（图1j,k,m,n），同时伴随着沿岸流的微弱增强（图1i,o）。这与冲淡水在陆架坡上（10-30m）表现出正压流特性有关（Slope Burger数；Rossby数）。为保持位涡守恒，冲淡水流经谷地上方时具有沿等深线流动的趋势，因而向海岸线方向移动，解释了谷地对包块的挤压效应。受该效应影响，冲淡水撞击下游岸线时的夹角变大，增加了动量向沿岸流的输入，解释了谷地对沿岸流的增强效应。

图1（a-i）不同陆架河谷地形下非强迫河流羽流在第27天的形态（从左列至右列依次为“包块”俯视图、“包块”中心断面图和沿岸流断面图）: （a-c）无陆架河谷；（d-f）陆架河谷与岸线90度；（g-i）陆架河谷与岸线45度。其中颜色代表盐度、黄色点划线为羽流边界、俯视图中的箭头为表面流矢量、断面图中的白色实线与虚线分别为沿岸向上游和下游方向的流速大小。（j-o）不同陆架河谷地形下非强迫河流羽流在第27天的场量异常：（j-l）陆架河谷与岸线90度；（m-o）陆架河谷与岸线45度。其中颜色代表盐度异常、俯视图中的箭头为表面流矢量异常、断面图中的黑色虚线为沿岸向下游方向的流速异常
从位涡守恒与动量守恒原理出发，本文最终解析了沿岸流的流量变化（ΔQ_c）与径流流量（Q）、科式加速度（f）、谷地地形参数（长度L_ν；宽度W_ν；深度H_ν；方位θ_ν）间的依赖关系，提出的理论公式与敏感性数值实验结果吻合良好（图2）。本文揭示的河谷对非强迫河流羽流的影响机制将有助于将来在更实际的条件下研究地形对河流羽流的影响。

图 2 理论模型与数值实验结果对比
该项成果得到项目团队承担的国家自然科学基金项目、国家重点研发计划子课题资助，同时获得国家留学基金委资助；数值计算工作则得到舟山校区高性能计算集群支持。
（肖灿博）