2003-2019年长江入海悬浮泥沙含量指示及其变化趋势研究

【摘要】：自上世纪80年代来,长江干流水沙输运量急剧减少,由此可能改变长江泥沙入海通量,并可能对长江口水下三角洲造成侵蚀,从而对长江口水下三角洲的演化、河口生态环境系统以及航道安全产生重大影响。但受到长江河口复杂水动力环境影响,如何有效评估长江入海悬浮泥沙量变化,并开展影响因素分析是目前该领域研究的难点和热点。本次研究以MODIS\SST(Sea Surface Temperature)和MODIS\_((9(9)(490)月度产品为数据源,对比分析了DMD(Dynamic Mode Decomposition)、DMD结合QR(Orthogonal Right Triangular)分解、DINEOF(Data Interpolating Empirical Orthogonal Functions)方法对于长时间序列动态数据的重构效果,以SST进行开展长江冲淡水的空间分布约束,并对典型观测站位的_((9(9)(490)所表征的SSC,进行了空间分布特征的时序研究,以期获得2003-2019年间长江入海悬浮泥沙的变化。结果表明,DMD算法结合QR分解能有效地重构SST和_((9(9)(490)数据。SST数据的DMD第一模态和第三模态可能反映了长江冲淡水及环流的影响,第二模态和第四模态可能代表着海底地形的影响。长江口SST表现出明显的季节变化特征,即冬季最低,夏季最高,春秋次之,但是在2003-2019年间并没有表现出明显的年际变化特征。空间分布除夏季以外,其余九个月的SST从沿岸至外海逐渐升高,表现为“西北-东南”型分布;夏季受陆地热源影响,沿岸区域的SST为最高值。相比于SST的基本模态,_((9(9)(490)数据的DMD模态似乎更加复杂,第一模态可能反映了海底地形的影响,第二模态可能代表着长江冲淡水及环流的影响,第三模态可能反映了长江冲淡水与海水混合的影响,第四模态可能反映了陆源的影响。长江口月均_((9(9)(490)在17年内年际变化特征复杂,季节变化特征表现为:夏季最低,冬季最高,春秋次之,年内表现为先降低后升高,这可能与长江径流的季节性变化特征有关。空间分布上则表现为从近岸至外海表现为舌状递减分布,且高低值分界线大致与区域内等深线重合。夏季的_((9(9)(490)高值区域比其它季节更高,冬季则扩散范围最广。利用SST重构试验的典型观测站位获取了长江冲淡水的代表性站位,对该站位的_((9(9)(490)变化分析表明,2003-2019年间长江入海悬浮泥沙量的变化不是单一的递增或递减趋势,与长江输沙量的变化为非完全同步,表现为三种变化组合:第一种为入海悬浮泥沙量与输沙量的变化幅度基本一致,这表明长江水下三角洲的沉积速率与侵蚀速率保持平衡;第二种情况是输沙量增大而入海悬浮泥沙量减小、输沙量的增大幅度小于入海悬浮泥沙量的增大幅度或输沙量的减小幅度小于入海悬浮泥沙量的减小幅度,这可能表明了长江径流携带的泥沙在长江冲淡水范围内快速沉降,而进入外海的悬浮泥沙量有所减少;第三种情况是输沙量减小而入海悬浮泥沙量增大、长江输沙量的减小幅度大于入海悬浮泥沙量的减小幅度或输沙量的增大幅度小于入海悬浮泥沙的增大幅度,这可能表明了进入外海的悬浮泥沙不单是长江冲淡水携带的泥沙,有可能包括长江水下三角洲补偿性侵蚀产生的悬浮泥沙。研究表明自2003年三峡大坝建成并开始蓄水对于维持长江以及下游河口的水沙平衡具有重要作用。