海院科研动态（174）| 珠江口极端天气响应研究进展：台风扰动下河口分层快速破坏与缓慢恢复

研究背景

       河口是陆地淡水与海洋咸水交汇的重要区域，也是物质输运、生物地球化学循环和生态过程高度活跃的区域。“河口层化”（Estuarine Stratification）是指河口水体在垂向上由于密度差异形成稳定分层的状态。密度差主要来自盐度差，也可受到温度影响。以珠江口夏季为例，河流带来的低盐淡水密度较小，覆盖在表层；外海高盐海水密度较大，位于底层，于是形成明显的上淡下咸结构，中间常出现盐度快速变化的“盐跃层”。这层密度梯度会抑制上下水体交换，相当于形成一道“屏障”，影响热量、氧气、营养盐和泥沙的垂向输运。台风来临后，强风产生剧烈湍流混合，把表层大范围淡水向下混、底层高盐水向上卷吸，原有密度梯度被长时间削弱甚至消失，快速导致了“去层化/去分层”（Destratification）现象。已有研究较多关注台风期间表层盐度、淡水羽状流范围等变化，但台风过后整个水柱如何重新恢复分层，尤其是底层水体需要多长时间恢复、表层恢复能否代表整个河口已经恢复正常？仍缺乏现场连续观测和定量化的认识。

      2021年7月，近岸海洋湍流与物质输移研究团队在珠江口开展系统现场观测，观测时段完整覆盖了台风“查帕卡”影响前、台风作用期以及之后的恢复期，为研究大型河口对极端天气事件的完整响应过程提供了可贵的观测数据基础（图1）。

图1 珠江口研究区域、台风“查帕卡”路径、观测站位、观测平台与设备、及台风前后水体盐度和温度结构。

研究结果

       研究团队综合采用走航断面调查、定点站CTD剖面观测、海底潜标和坐底四角架观测平台等多种手段，于2021年7月14日至8月3日期间在珠江口开展连续观测。其中，走航调查在关键区域获取高时间分辨率的温盐、浊度和流速资料；同时利用三维水动力模型SCHISM开展数值模拟及“无台风”对照试验，从而定量分离台风作用及不同物理过程的贡献。

      台风到来前，珠江口具有典型的夏季强分层结构：低盐、较暖的河流淡水覆盖于表层，下方则为盐度较高的陆架海水，形成明显的盐跃层和稳定的垂向“屏障”。台风影响后，强烈风应力迅速增强湍流混合，使表层暖淡水向下输送，同时使底层冷、高盐海水向上卷吸，原有盐度和温度分层几乎被完全打破，水柱趋于均一化。整个珠江口由强分层状态向垂向均一状态的转变仅用了约48小时。

      进一步的连续观测显示，珠江口对台风的响应可以划分为两个明显阶段。第一阶段为混合阶段（Mixing Phase），约持续至7月27日前后。此时强风持续维持水体混合，底层盐度迅速下降、温度升高，同时沉积物再悬浮造成浊度明显升高。第二阶段为恢复阶段（Recovery Phase）。随着风应力减弱，垂向混合逐渐衰减，底层盐度开始持续升高、温度降低，悬浮泥沙逐渐沉降，水体垂向密度梯度重新建立。（图2）

图2 台风“查帕卡”影响期间珠江口水文动力参数的时间演变。黄色和绿色区域分别代表混合阶段和恢复阶段，展示了盐度、温度、浊度及水体稳定度从强烈混合向重新分层的转变过程。

      数值模拟进一步揭示了台风破坏分层的物理机制。台风期间，珠江口表层冲淡水面积最大缩减超过20%。在M1站，混合层厚度由约0.44米增加至7.04米，占整个水柱的比例由3.7%增加至58.7%。盐度收支分析表明，风应力驱动的垂向湍流交换是水体盐度均一化和分层破坏的首要机制，水平平流作用总体居于次要地位。与此同时，台风驱动的强沿岸流还从水平方向压缩珠江冲淡水羽状流，共同造成河口盐度场的大范围重组。

图3 台风作用下珠江口盐度变化及盐度收支分析。结果表明，强风引起的垂向交换是台风期间河口水体快速去分层的核心动力机制。

       研究中最值得关注的发现，是台风过后表层和底层存在显著不同步的恢复过程。数值模拟显示，受台风压缩和向岸移动的表层淡水羽状流在7月21—22日前后便开始重新向外海扩展，表层盐度也随之逐渐恢复；然而连续现场观测表明，底层盐度、温度和浊度直到约7月27日才开始出现持续性的恢复趋势。也就是说，表层与底层恢复之间存在约6天的时间差。

       这种恢复过程也并非台风破坏过程的简单“倒放”。随着风应力减弱，河流径流重新成为重要动力，低盐水向海输运并逐渐重建纵向密度梯度和河口重力环流；与此同时，残余混合、局地环流以及地形等因素仍在持续影响恢复。因此，一个遭受台风强烈扰动的河口，即使表面看起来已经恢复，其深层水体仍可能处在持续调整状态。

研究意义

      该研究完整记录并定量解析了大型河口从分层状态、台风快速混合到逐步恢复的全过程，揭示出河口响应极端天气事件具有明显的“快速破坏—缓慢恢复”特征，并进一步发现恢复过程具有显著的垂向非同步性。这一认识对台风后的河口环境评估具有重要意义。传统卫星遥感主要获取海表信息，当表层淡水羽状流和表层盐度已经接近正常状态时，底层环境可能仍未完全恢复。因此，仅根据海表盐度或表层水文特征判断河口是否“恢复正常”，可能会明显低估台风影响的持续时间。研究表明，针对极端天气后的河口监测，需要更加重视表层—底层协同的垂向立体观测。

      此外，台风造成的强烈垂向混合能够将底层冷、高盐且富含营养物质的水体向上输送，同时将表层富氧水向海底输送，并引起显著的底泥再悬浮。这些过程可能进一步影响营养盐循环、溶解氧、污染物输运以及底栖生境。未来还需要将高频水动力观测与溶解氧、叶绿素、营养盐等生物地球化学观测相结合，并进一步发展泥沙—生态耦合模型，从而更加全面地评估极端天气背景下河口生态系统的韧性。

文章相关信息

Zhang, J., Ye, L.*, Deng, Z., Wu, J., 2026. "Tropical cyclone-induced estuarine de-stratification and protracted recovery". Limnology and Oceanography Letters, e70171. http://doi.org/10.1002/lol2.70171

论文第一作者为我院2024级硕士研究生张佳瑶，通讯作者为叶雷平副教授，其他合作者包括博士研究生邓兆辉、吴加学教授。研究得到国家自然科学基金项目（42476155、12411530095）、南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）海岸带创新团队项目等资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/lol2.70171