长江河口台风登陆期间悬沙变异机制：波浪-潮流耦合作用下的动力响应与沉积效应

本研究针对台风"梅花"过境期间长江河口悬沙浓度(SSC)异常波动问题，通过建立三维水动力-盐度-泥沙耦合模型(MIKE3)，揭示了波浪-潮流非线性相互作用对底部切应力(BSS)和悬沙分布的调控机制。研究发现台风路径转向导致风暴潮由正转负，外河口区BSS峰值达9.0 Pa(常态5倍)，北支口外底层SSC突破15 kg/m3，波浪作用通过抑制潮能促进沉积，为河口防灾减灾提供理论依据。

　　

在气候变化加剧的背景下，台风对河口生态系统的冲击日益凸显。长江河口作为我国最重要的河口之一，每年承受约16次台风侵袭，其悬沙浓度(Suspended Sediment Concentration, SSC)的异常波动直接关系到航道维护、生态安全及海岸工程稳定性。尽管前人已认识到台风引发的强风浪会显著改变SSC分布，但波浪-潮流-泥沙三者间的非线性相互作用机制仍是"黑箱"，特别是台风路径转向对风暴潮演变与悬沙输运的耦合影响亟待破解。

同济大学联合上海师范大学的研究团队选择2022年登陆长江河口的强台风"梅花"为研究对象，在《Ocean Modelling》发表成果。研究采用DHI集团开发的MIKE3三维耦合模型，整合非结构化网格、波浪模块(spectral wave model)和泥沙传输模块，通过设置波浪-潮流相互作用(Wave-Current Interaction, WCI)、纯潮汐(Tide only)和纯波浪(Wave only)多情景对比，结合长江口深水航道(DWC)、北槽(NC2)和北支(NB2)等关键站点的实测数据验证，首次系统揭示了台风转向路径下悬沙变异的动力链机制。

关键技术方法
研究构建覆盖东中国海的三维非结构化网格(水平分辨率50-1000 m，垂向σ坐标分层)，耦合ECMWF风场、FVCOM潮汐边界和SWAN波浪模型。通过QSCAT/NCEP混合风场驱动，采用k-ε湍流闭合方案计算底部切应力(Bottom Shear Stress, BSS)，泥沙模块考虑絮凝沉降与再悬浮过程。验证数据包括2022年9月台风期间7个潮位站、3个波浪浮标和4个ADCP测流点的同步观测。

Typhoon Muifa特征
台风"梅花"于2022年9月14日以42 m/s风速首次登陆舟山，15日以35 m/s二次登陆上海奉贤。其独特的东南-西北转向路径导致长江河口经历先增水后减水的风暴潮过程，最大增水1.2 m出现在台风中心距岸100 km时，而登陆后6小时出现0.8 m负风暴潮。

数值模型验证
模型成功再现了台风期间的水位波动(相关系数R²

0.92)、有效波高(偏差<15%)和垂向流速剖面。北槽站点NC2的SSC模拟值与实测值均方根误差为0.38 kg/m³
，验证了模型对极端事件下泥沙输运的捕捉能力。

Results主要发现

1. 风暴潮与BSS动力学：台风路径转向导致外河口区BSS呈现脉冲式增长，NC2站点峰值达9.0 Pa(常态1.8 Pa)，持续时间超潮周期3倍。北支NB2因地形辐聚效应，底层SSC达15.6 kg/m³
   ，创该区域十年观测记录。
2. 波浪-潮流非线性作用：波浪能通过三种途径影响SSC：(a)外河口区WCI使BSS增强40%-60%；(b)内河口区抑制潮能25%，促进细颗粒沉积；(c)打破盐度分层，使最大浑浊带向海侧迁移5-8 km。
3. 沉积通量重分配：台风期间北槽向海输沙量增加2.7倍，而南槽因波浪导致的垂向混合增强，表层SSC降低0.5 kg/m³
   。

Conclusions结论
该研究突破性地揭示了台风转向路径下"波浪增强-潮汐抑制"的拮抗效应是悬沙变异的核心机制。实践层面：(1)建立了台风路径类型与河口SSC响应的定量关系，为航道疏浚时机选择提供决策依据；(2)发现波浪主导区(如北槽)需提高海堤设计标准至BSS>8 Pa；(3)证实台风后3天为生态敏感期，此时再悬浮重金属扩散风险最大。理论层面，提出的"波浪-盐度-地形"三因子耦合模型为全球河口极端事件研究提供了新范式。

讨论延伸
作者指出当前模型对絮凝过程参数化仍较简化，未来需结合原位激光粒度仪数据优化。值得注意的是，研究发现台风期间波浪能通过改变湍动能耗散率(TKE)影响絮体破裂，这一现象在以往温带气旋研究中未被报道，可能成为河口碳循环研究的新切入点。