中国江苏海岸不同海岸线构型下主要潮流分潮（M2）的响应

《Marine Geology》：The response of the dominant tidal current constituent (M 2) under different coastline configurations in the Jiangsu coast, China

　　

**摘要**

江苏沿海拥有丰富的潮间带滩涂资源，但自20世纪80年代以来，由于自然和人为因素的影响，其海岸线发生了显著变化。我们利用遥感和数值模拟方法，在保持水深条件和水文强迫不变的情况下，比较了五种海岸线配置下的M?潮流特征。结果表明：(1) 四个时间段的平均向海推进距离总和为2.66公里，累计计算出的向海推进面积相当于2008年调查的近岸与离岸滩涂总面积的35.4%。(2) 五种海岸线配置下的整体潮流格局差异不大，正规与非正规半日潮分界线的陆向移动距离仅为四个时间段海岸线平均推进距离总和的32%。(3) 五种海岸线配置下M?振幅和相位的差异主要集中在浅于10米近岸区域，而模型大部分区域的差异较小。(4) 2023年情形相对于1981年，M?振幅降幅最大出现在小庙洪（约-41.4%），其次为岚沙洋（约-8.1%），而西洋变化不大。(5) M?潮能经由三条路径从东海输送至辐射状沙脊的辐合点。五种海岸线配置中，沿江港北岸和东南离岸区域单位宽度能流增加不超过6.0 kW/m，而在东部离岸区域和潮道中最多减少8.0 kW/m。(6) 在连云港以东识别出三个M?潮流无潮点，五种海岸线配置下其位置仅有微小差异。海岸线配置的最强响应发生在近岸潮道，而区域潮流格局在几种情形下差异不大。

**引言**

沿海地区支撑着密集的人口和经济活动，同时也包含着重要的生态系统（Cohen等，1997；Small等，2000；Fitch，2006）。海岸线在不同空间尺度上不断受到自然过程和人类活动的重塑（Naylor等，2010；Wang等，2019a；Xu等，2014；Thior等，2019；Ngowo等，2021）。在区域尺度上，海平面上升可导致风暴潮水位升高，增加脆弱三角洲海岸的压力（Arns等，2015；Giosan等，2014）。沿黄海开放海岸，海平面上升和人为岸线改造还可能改变潮波传播和变形（Feng和Feng，2021）。在较短时间尺度上，台风可通过侵蚀和泥沙再分配迅速改变海岸地貌，且沙质海滩、裸露潮滩和盐沼环境的响应各异（Qi等，2010；Zhang等，2024）。在局部尺度上，潮汐和波浪驱动水和泥沙输运，由此产生的海岸响应还受地形和河道配置的影响（Harley等，2015；Bugajny和Furmańczyk，2017；Orseau等，2020；Zhang等，2020b）。围垦改变了海岸线几何形态和潮汐动力学（Gao等，2014；Song等，2013）。泥沙供给的变化也可重塑岸线：河流调节改变了泥沙向近岸水体的输送（Syvitski等，2005），大量人为泥沙输入可驱动岩质海岸岸线快速推进和袋状海滩的生长（Lazo等，2025）。海岸疏浚工程改变了局部潮流条件（Li等，2016）。海岸线构成近岸水域的陆域边界，其位置和几何形态的变化可能影响潮波传播、水流路径和潮流格局。

评估海岸线变化及其水动力效应需要明确的海岸线位置识别标准。海岸线通常定义为陆面与水面的交线（Boak和Turner，2005；Wang等，2009）。然而，在遥感应用中，可见的陆水边界随潮汐阶段而变化，无法提供固定的比较基准。因此，通常使用可观测的替代指标，如高潮线或潮位基准面与海岸剖面的交点，来代表海岸线位置（Boak和Turner，2005；Toure等，2019）。

遥感与GIS的结合被广泛用于识别和比较大范围长时间序列的海岸线位置（Gens，2010；Wang等，2019a）。例如，CoastSat可从Landsat和Sentinel-2影像中提取沙质岸线位置时间序列（Vos等，2019），而近距离运动恢复结构摄影测量法则可量化岩质岸礁表面侵蚀（Omidiji等，2023）。这些方法在时间覆盖和空间分辨率之间提供了不同的平衡。对于数十年跨度的区域比较，Landsat存档影像可用于提取不同日期的海岸线配置。

由遥感影像获取的海岸线配置可作为数值模型中的陆域边界。岩石海岸的数值研究已探讨了波浪驱动的岸剖面发育过程（Trenhaile，2000；Matsumoto等，2016），并表明海岸和近岸几何形态会影响波浪传播和能量分布（Krier-Mariani等，2025；Arróspide等，2025）。尽管主导强迫机制与潮间带海岸不同，这些研究仍展示了海岸几何形态在近岸水动力学中的重要性。以往的数值研究已在局部和区域尺度上探讨了围垦的潮汐响应（Gao等，2014；Song等，2013），以及预设海岸线和海平面情景的响应（Feng等，2019）。这些研究表明，海岸边界的改变可影响潮波传播和能量分布。响应也可能随海岸线变化的空间格局和区域潮汐条件而有所不同。

江苏沿海拥有大面积的泥质潮滩和辐射状沙脊（Zhao等，2022；Wang等，2019b）。自20世纪80年代以来，泥沙供给的变化和集约化的人类活动，包括围垦、海堤建设和港口开发，已大幅改变了江苏海岸线（Zhang，2013；Wang，2014；Xu等，2022；Zhao等，2022）。这些变化导致海岸线位置和几何形态产生了显著差异。

以往研究已考察了江苏沿海的海岸线和潮滩变化、潮汐水动力学和地貌演化（Wang等，2019b；Zhang等，2020b；Xing等，2024）。潮位和潮流是潮汐系统紧密相关的组成部分，但它们描述的是水动力响应的不同方面。尽管这些研究增进了我们对江苏沿海潮汐和地貌变化的理解，但区域潮流场对海岸线几何形态变化的响应仍未得到充分阐明。这一问题很重要，因为潮流直接影响近岸水和泥沙输运，是江苏沿海和辐射状沙脊地貌演化的主要驱动力之一（Zhang，2013；Huang和Wang，2020）。剩余的问题是：当水深和水文强迫保持不变时，区域M?潮流场在多种观测到的江苏海岸线配置下有何差异？模型计算出的差异是广泛分布还是集中在主要潮道和潮能通道中？

为探究该问题，本研究比较了五种基于卫星影像获取的海岸线配置下的M?潮流响应。所有五种模拟均使用相同的水深和水文强迫条件。比较的重点在于不同海岸线情形之间M?振幅、相位和潮能通量的差异。

**章节摘要**

**遥感影像与海岸线提取**

选择Landsat影像是因为其自1972年以来提供了不间断的观测数据，覆盖了1980年代至2020年代的整个时期，且已在江苏岸线研究中得到广泛应用（Xu等，2022）。然而，更高分辨率的卫星数据通常缺乏进行40年分析所需的多十年连续性。例如，Sentinel-2尽管空间分辨率更高，但仅自2015年起才有数据。此外，Landsat数据可免费获取。

为构建五个海岸线快照，选取了一个……

**海岸线变化的量化方法与基线数据**

为量化海岸线向海推进，采用以下公式：

D_is = Area / L?_eng

其中，D_is为海岸线平均向海推进距离，单位公里；Area为相邻时期间海岸线之间的面积增量，单位平方公里；L?_eng为相邻时期间平均海岸线长度，单位公里。

2008年在江苏沿海开展的大规模潮间带滩涂资源普查（Zhang，2013）提供了潮滩面积和范围的基础数据。该普查……

**主要潮道中M?潮流分量的振幅变化特征**

西洋、岚沙洋和小庙洪是辐射状沙脊中的主要潮道，同时也是江苏沿海重要的港口和航道。根据M?潮流分量振幅和相位的差异（图5、图6），不同海岸线情形之间的显著差异发生在这些潮道内部。因此，对这三个潮道中M?振幅的响应进行了分析。

沿各潮道的观测剖面如图7所示。

**结论**

从1981年到2023年的四个时间段中，平均向海推进距离总和为2.66公里，累计计算出的向海推进面积相当于2008年调查的近岸和离岸滩涂总面积的35.4%。在固定水深和水文强迫条件下，五种海岸线情形下大尺度模型计算的潮流格局差异不大。在2023年情形中，正规-非正规半日潮流界位于其……

**CRediT作者贡献声明**

黄慧明：资金获取、形式分析、数据整理、概念构思。王柯琦：撰写-审阅与编辑、项目管理、方法论、调查研究。王圣：软件、资源。林湘：软件。张宇：可视化、验证。

**利益冲突声明**

作者声明不存在任何可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

**致谢**

本研究得到以下资助：自然资源部海洋预警与减灾技术重点实验室·江苏（KLMED-G202503）；国家自然科学基金（编号：51979096）；福建省海岸与岛屿管理技术研究重点实验室（编号：FJCIMTS2022-03）；教育部装备预研联合基金（编号：8091B022123）；教育部海岸灾害与防御重点实验室、河海大学基金项目。

黄慧明 | 王柯琦 | 王圣 | 林湘 | 张宇
河海大学港航与海岸工程学院，中国南京