近50年来长江入河口区含沙量和输沙量的变化趋势

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1、第27卷第2期海洋通报Vol.27，No.22008年04月MARINESCIENCEBULLETINApr.2008近50年来长江入河口区含沙量和输沙量的变化趋势张瑞，汪亚平，潘少明(南京大学地理与海洋科学学院，海岸与海岛开发教育部重点实验室，江苏南京210093)摘要：为了研究长江入河口区含沙量和输沙量的变化规律，用Hilbert-Huang变换对长江大通水文站近50a来的月均含沙量和输沙量时间序列进行分析，以研究它们在长江入河口区的演变特征。结果显示，虽然长江大通站多年含沙量和输沙量与多年径流量之间相关性不显著，但月均含沙量和输沙量仍具有类似径流的周期性震荡特征，即两者均具有显著的季节、

2、洪枯季变化；含沙量具有26a，12a，4a和2a左右的周期性变化，输沙量具有27a，7a，4a，2a的周期性变化，这些周期性震荡主导着长江入河口区含沙量和输沙量的变化；20世纪60年代到90年代和80年代中期到90年代分别是含沙量和输沙量下降加速的阶段，但90年代以后含沙量和输沙量下降呈减缓趋势。关键词：Hilbert-Huang变换；含沙量；输沙量；人类活动；长江中图分类号：TV148文献标识码：A文章编号：1001-6932(2008)02-0001-000962长江是中国第一大河流，全长6300km，总流域面积达1.94×10km，水沙输运量巨大。巨量的水沙输运可引起河口区域(如河槽、三

3、角洲等)的地貌、沉积体系发生快速演化，并对邻近海岸带和大陆架的自然和生态环境产生重要的影响。以大通水文站为例，多年(1923—2004年间共62a数据)平838[1]均径流量为9156×10m，多年(1951—2004年间共53a数据)平均输沙量为4.175×10t，并且长江大通水文站是离海最近的一个综合性水文站，因此，国内外都将它作为长江入海水沙的参考站。然而，大通水文站至长江入海口尚有642km，其间仍有较大的流域系统，其水沙交换是不容忽视的，并且人类活动也严重影响了这个区段的水沙变化，因此长江大通水文站的水沙变化仅代表了入河口区的水沙变[1]化。本文基于50多年来的长江大通水文站的含沙量

4、时间序列(1952—2004年，其中1952年缺1—5月资料)和输沙量时间序列(1951—2004年，其中1952年缺1—5月资料)，探讨其变化特征及趋势。1数据资料和方法1.1数据资料采用长江大通水文站多年(1952—2004年共计53a)月均含沙量资料和多年(1951—2004年)月均输沙量资料，其中缺1952年1—5月的资料，1953—1987年含沙量数据来自中华人民共和国水[2]文年鉴。1.2Hilbert-Huang变换1.2.1经验模态分解方法经验模态分解方法是用波动上、下包络的平均值来确定瞬时平均位置，进而[3-6]提取出内在模函数(IntrinsicModeFunction)I

5、(t)。内在模函数I(t)的求取步骤如下：a)找出原序列X(t)的各个局部极大值，为了更好地保留原序列的特性，局部极大值定义为时间序列中的某个时刻值，其前一时刻的值和后一时刻的值都不比它大。然后用三阶样条函数进行插值，得到原序列X(t)的上包络序列值Xmax(t)。反之，可以得到下包络序列值Xmin(t)。收稿日期：2007-03-28；收修改稿日期：2007-05-31基金项目：国家重点基础研究发展规划项目(2002CB412401)、国家自然科学基金(40106009)和教育部留学回国人员科研启动基金2海洋通报27卷b)对每个时刻的Xmax(t)和Xmin(t)取平均，得到瞬时平均值m(t

6、)：m(t)=(Xmax(t)+Xmin(t))/2(1)c)用原序列X(t)减去瞬时平均值m(t)，得到类距平值序列h(t)：h(t)=X(t)-m(t)(2)对于不同的序列，h(t)可能是内在模函数，也可能不是。IMF的判断标准是，h(t)中的极值点的数目和跨零的数目相等或只相差一个，且各个瞬时的平均值m(t)都等于零，那么h(t)就是内在模函数。否则,再把h(t)当作原序列，重复上述做法，直到满足内在模函数的定义为止，求出内在模函数。d)经验模态分解：求出第一个内在模函数L(t)，即从原序列中分解出第一个分量。然后。用原序列减去L(t)，得到剩余序列r1(t)：r(t)=X(t)−I(t

7、)(3)11至此，完成了第一个内在模函数的提取过程。然后，把r1(t)作为新的原序列，按照以上步骤，依次提取第二、第三、……、直至第n个内在模函数In(t)。直到rn(t)变成一个单序列，再也没有内在模函数能够被提取出来了。若把分解后的各个分量合并起来，就会得到原序列X(t)：n(4)X(t)=∑Ii(t)+rn(t)i=1一般说来，第一个内在模函数L(t)是X(t)中频率最高、振幅最大、波数最多