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为了认识长江河口北槽弯道横向次生流、混合与层化的时空变化及其物理机制,本文采用了现场观测资料分析和数学模拟的方法对其进行研究。首先,2013年2月25至26日(枯季/大潮)、7月23至24日(洪季/大潮)分别在长江河口北槽弯道沿着3条横向测线CS6、CSW和CS3(每条测线上有北、中、南3个站位)测得水位、流速、盐度和含沙量的时间序列资料。其次,通过这些资料的定量计算、分析,结果显示:(i)3条横向测线均存在横向次生流,且横向测线CS3还出现横向次生环流;(ii)枯、洪季,仅在横向测线CS6、CS3出现环状欧拉余流;(iii)枯、洪季,沿着横向测线CS3,3个站位的横向斜压梯度比离心加速度和科氏加速度都大1~2个数量级,而后两项大小接近且数量级都是10-4,罗斯贝数在1左右。这些表明:横向次生流受横向斜压梯度、离心加速度和科氏加速度共同驱动,前一项相对于后两项更加重要。再次,通过这些资料的进一步定量计算、分析,结果显示:(i)枯、洪季大潮,沿着3条横向测线,平均势能差异分别约为54.23、66.56 J·m-3,枯季层化弱于洪季;(ii)枯季,涨潮时平均势能差异普遍小于落潮;而洪季,涨潮时平均势能差异普遍大于落潮,湍流混合存在潮汐不对称性;(iii)枯季,由横向、纵向水深平均应变(ΦS-y、ΦS-x)引起的势能差异变化率的范围分别是-67~37×10-3、-7~11×10-3 W·m-3;而洪季,相应的范围分别是-45~30×10-3、-14~13×10-3 W·m-3,ΦS-y均大于ΦS-x,对水体混合与层化的影响更大;(iv)枯季大潮,纵向平流(ΦA-x)、横向平流(ΦA-y)、纵向水深平均应变(ΦS-x)和横向水深平均应变(ΦS-y)的潮汐平均绝对值占四项总和之比例分别为26%、33%、18%和23%;而洪季大潮,相应的值的比例分别为13%、9%、22%和56%;枯季,平流项(ΦA-y最大)对混合与层化的控制可能占主导地位;洪季,应变项(ΦS-y最大)可能占主导地位。最后,采用三维有限元TELEMAC-3D水动力模型进行数值模拟。模拟结果显示:(i)弯道横向次生流存在;(ii)层化在涨潮时弱于落潮时,并且从横向测线CS6到CS3依次减弱;(iii)枯季大潮,横向斜压梯度和fA-y分别在横向次生流、混合与层化的物理机制中占主导地位。模拟的结果与实测资料的计算结果一致。