长江口邻近海域溶解氧的时空分布及影响因素研究

基于2018年早春和夏季长江口邻近海域的调查数据,分析溶解氧(DO)的时空分布,并讨论其影响因素.结果表明,夏季DO浓度变化范围为1.58～9.37 mg/L,浮游生物光合作用产生的DO是夏季表层水体过饱和的主要因素;夏季调查海域受台湾暖流北上引起海水层化加强,同时水体富营养化导致表层生物大量繁殖所引起有机碎屑的沉降和耗氧分解作用是底层低氧区存在的主要因素.夏季在台湾暖流影响下底层水体表观耗氧量(AOU)与营养盐成正相关关系,底层有机物耗氧降解过程与营养盐的再生密切相关.早春DO浓度变化范围为7.90～10.1 mg/L,长江口外北部海域和浙江近岸海域海水混合均匀,DO浓度主要受温度控制,而台湾暖流影响区海水出现层化现象,其低DO含量也为低氧区的形成奠定了基础.     

1999年和2009年夏季珠江口环境要素的对比与分析

对1999年和2009年夏季珠江口的温、盐、溶解氧、叶绿素和径流量等数据进行分析。结果表明,由于1999年航次期间珠江较大的径流量,1999年冲淡水的扩展范围要大于2009年。1999年夏季珠江口水体存在较强的盐度层结,而2009年夏季受较小的珠江径流量和热带风暴浪卡的共同作用,水体盐度层结较弱,0—5m层水体垂向混合良好。两年夏季珠江口表层溶解氧(DO)的分布较为相似,而底层溶解氧的分布则有显著差异,主要表现在河口西岸浅滩区和河口口门外。1999年河口西岸浅滩区DO小于3mg.L-1,河口口门外DO在4—5mg.L-1之间,2009年河口西岸浅滩DO大于5mg.L-1,河口口门外DO小于3mg.L-1。1999年夏季伶仃洋海域内较强的盐度层结是其底层出现低氧环境的主要原因,2009年夏季强化的垂向混合使得表底层溶解氧得到了及时交换,阻碍了西岸浅滩区底层低氧环境的出现,而盐度层化和浪卡带来的浮游生物的耗氧作用可能是口门外底层出现低氧环境的原因。     

夏季烟台—威海北部近海溶解氧浓度垂向分布的最小值

基于2020年夏季的大面航次观测数据,分析了烟台—威海北部海洋牧场及邻近海域海水溶解氧浓度垂向分布最小值（氧最小值层）的空间分布特征,并探讨了影响因素。从6月至8月,海水溶解氧浓度不断减小,垂向结构亦存在显著变化。海水溶解氧浓度垂向分布的最小值主要集中于7月的近岸海域,最小值大致从外海向近岸方向减小,其距离海底高度及与底层溶解氧浓度之差的绝对值均于双岛湾邻近海域为最大。海水溶解氧浓度垂向分布的最小值位于最强密度层结以下。但是海水溶解氧浓度垂向分布最小值的强度向北减小,而密度层结向北增大,两者的空间分布基本相反,说明密度层结抑制垂向湍流扩散可极大减少深层海水溶解氧的来源,是海水溶解氧浓度垂向分布最小值形成的必要条件,但不是主导因素。在海水溶解氧浓度垂向分布的最小值层,表观耗氧量存在垂向分布的最大值,大部分站点的pH存在垂向分布的最小值,说明局地增强、持续的生物地球化学耗氧是控制海水溶解氧浓度垂向分布最小值形成和空间分布的一个重要过程。研究结果表明氧最小值层是夏季烟台—威海北部近岸海水溶解氧垂向结构的典型特征之一。     

北部湾北部海域潜在低氧分布及影响研究

通过对2011年北部湾北部海域春季和夏季溶解氧（DO）及其他环境要素进行分析讨论，发现DO的季节性差异较大，春季DO含量（平均8.11 mg/L）明显高于夏季（平均6.05 mg/L）。夏季北部湾底层部分区域存在DO低值，该低值区常年存在，并且DO最低值逐渐降低、低值区范围逐渐扩大。利用相关性分析和灰色关联度分析的方法，对夏季底层DO低值的成因进行分析发现：夏季底层水体浮游植物产氧作用较弱，海水层化作用强，阻碍了表底层DO的交换；另外底层有机质分解的耗氧作用明显，出现了氧气的净消耗，由此导致夏季底层水体出现DO的低值。同时，由于2011年之后北部湾北部海域陆源污染排放和赤潮的频发使得该海域低氧状况加剧，潜在低氧区逐渐发展为低氧区。     

南黄海冷水团海域溶解氧和叶绿素最大现象值及营养盐累积的季节演变

基于2006-2007年在南黄海冷水团海域开展的4个季度月的调查资料, 重点研究了该海域溶解氧(DO)、叶绿素a(Chl a)最大值现象和营养盐累积的季节演变规律。结果表明:春至秋季黄海冷水团海域DO和Chl a最大值层深度具有先加深后变浅的趋势, 出现最大值层的海域面积呈现出先增大后缩小的变化过程, DO和Chl a最大值层的深度及面积在夏季均达到最大, 至冬季DO和Chl a最大值现象消失;夏季冷水团海域深水区DO最大值处的氧含量整体高于春季, 而冷水团边界附近氧最大值处的氧含量整体低于春季;春至秋季冷水域深水区次表层Chl a最大值处的Chl a含量先降低后升高, 于夏季时最低, 入秋后开始升高, 而一年四季中冷水域边界附近Chl a最大值处的Chl a含量却在夏季时最高, 而且显著高于深水区。黄海冷水团海域的底层营养盐储库具有一定的空间异质性, 冷水域底层通常分别在深水区和西部边界处存在营养盐高值核心, 其中位于深水区的高值核心位置季节变化不明显, 而位于冷水域西部边界附近的高值核心位置则呈现出自春季至夏季向西移动、入秋后又向东部移动的季节变化特征。水文物理因素和生物化学过程对DO、Chl a最大值及营养盐储库的季节演变具有重要的调控作用。     

基于浮标观测的长江口外海流特征分析

为了揭示长江口外海域海流的特征及其季节和垂向变化规律,于2006年8月1日-2007年7月31日在长江口外海域（平均水深约46.0m）利用大型浮标进行了1年的分层海流流速流向观测。结果表明：（1）该海域海流为顺时针方向的旋转流,在垂向上流向较一致,季节变化不显著。（2）长江口外海域水平流速总体较大,夏季表层最大流速为128.5cm/s,冬季最大表层流速为105.5cm/s;垂线平均流速相近（差异<8.0 cm/s）,夏季流速最大为47.0cm/s,冬季为40.8cm/s。小潮的平均流速为26.5cm/s,大潮平均流速为小潮的2倍。（3）剖面各层流速垂向差异明显,最大流速出现在表层（春季和冬季）或次表层（夏季和秋季）,最小流速均出现在底层;各层的最大平均流速为57.9cm/s,出现在夏季的18m层。（4）垂线平均余流为7.5~11.3 cm/s,春季最强冬季最弱;春季和冬季各层余流均为东向,夏季和秋季基本为东北向或北向。（5）观测海域海流受长江冲淡水、台湾暖流、季风、潮汐等动力作用的共同制约。     

秋季和春季黄渤海黄色物质空间分布特征

利用2013年秋季和2014年春季两个季节黄渤海现场数据对黄色物质的水平分布及垂向分布的变化进行研究,并初步分析了其主要控制因素。垂向黄色物质表现为底部高上层低的特征。其中,秋季混合作用加强导致上层40m黄色物质混合较为均匀;春季北黄海温盐跃层已经形成,黄色物质分布开始出现明显的分层现象,上下层浓度差约为2?g/L。春季南黄海盐度跃层尚未形成,水深小于50m的水层黄色物质垂向分布均匀,近岸和远岸海域浓度分界线明显。水平方向上,黄色物质在秋季和春季分布趋势一致,由渤海、北黄海至南黄海浓度依次降低,且呈现出由近岸向中央海区递减的趋势,但整体上春季浓度较秋季明显偏低。海表盐度与黄色物质浓度两者整体上呈现负相关关系,可以将黄色物质浓度分布作为研究黄海暖流走向、划分水团性质的重要指标。     

浙南近岸海流季节变化特征

为了揭示浙南海流特征及其季节和垂向变化规律,于2006—2007年在浙南岸外一固定点(平均水深约32m)利用ADP潜标进行了春、夏、秋、冬季4次多个潮周期分层海流流速流向观测。结果表明:(1)测点最大流速为148.9cm/s,相应流向为75°,出现在春季表层大潮落潮阶段;垂向平均最大流速为106.2cm/s,平均流向为81°,出现在夏季大潮落潮落急阶段。(2)剖面各层流速垂向差异明显,表层流速(28m层以上)受海况影响明显,秋季平均流速最大(65.4cm/s),冬季最小(42.8cm/s),20~28m层冬季最强,春季最弱,20m层以下夏季最强,秋季最弱(仅小潮);垂线平均流速夏季最强(46.5cm/s),春季最小(33.7cm/s)。(3)夏季海流基本上为(偏)北向流;秋、冬则基本上为(偏)南向流;春季具往复流特点,但以北向流为主。(4)垂向上夏季和春季流向较一致,冬季和秋季流向分异明显(20m和10m层)。(5)垂线平均余流为12.8~29.8cm/s,夏季最强春季最弱;夏季和春季各层余流均为东北向,冬季为西南向,而秋季11m层(包括11m层)以下为E-NEE向,11m层以上为西南向。结论:测点海流受到潮汐、季风和台湾暖流的共同制约。季风的影响夏、冬两季大于春、秋两季;季风的影响自表层向底层减弱(主要限于表层以下10m)。     

冬季南黄海海水化学要素的分布特征及变化趋势

通过分析2007年1月12日—2月4日南黄海调查所得资料,对海水化学要素的分布特征及变化趋势进行了研究。结果表明:1)在大部分海域,表、底层海水化学要素分布基本呈现上下均匀状态,这是冬季强烈的垂直混合作用的结果,同时黄海西部沿岸流、台湾暖流前缘水、东海北部的气旋式涡旋和黄海暖流也对各要素的分布发挥着重要的影响。2)调查海域中北部122°30′～124°00′E,34°42′～36°42′N范围内,底层黄海暖流的增温增盐效应较强,且水体垂直混合作用并未到达海底,近底层有跃层存在,使底层水既保留了夏季黄海冷水团水的特性,同时又由于黄海暖流的入侵而具有暖水的性质,跃层和夏季冷水团残留水为溶解氧(DO)和pH低值区的产生以及营养盐高值区的出现提供了良好的水文条件或动力因素。生物化学作用则是形成上述现象的内在原因,而且该跃层也阻碍了各生源要素的垂向输运,使底层水与底层以上水体具有明显不同的生化性质。3)冬季南黄海各化学要素除具有垂直均匀分布的特点外,在中北部各断面东侧还存在层化现象或锋面结构,表现为上层的垂直均匀分布和下层的梯度分布,这也是该海域近底层水体层化以及黄海暖流较强的增温增盐效应所致。     

春、夏季长江口邻近海域COD分布特征、影响因素及对富营养化的贡献

根据2009年春季(5月)和夏季(8月)对长江口海域的调查监测资料,研究了海水中COD的时空分布特征,并对其污染水平进行了评价,同时分析了COD对海域富营养化的贡献,探讨了化学耗氧有机物的主要来源及与环境因子的关系。结果表明,长江口海域春夏季表层、春夏季底层之间COD均存在显著的差异,春季表层与底层、夏季表层与底层之间COD则无显著差异,春季表、底层COD的平均浓度、最高浓度均小于夏季,平面分布呈由近岸向远海逐渐递减的趋势;夏季研究海域COD污染高于春季;COD对富营养化的贡献范围为39.69%~63.58%,平均贡献为(46.53±4.49)%,贡献随着富营养化指数的增加而减小;陆地径流输入以及陆源排放是COD的主要来源;COD与环境因子均存在一定的相关关系;COD时空分布主要受制于长江冲淡水,对富营养化的贡献主要受营养盐影响,与海底沉积物再悬浮也有一定的联系。     

长江口及其邻近海域磷的分布变化特征

根据2004年4个航次的调查资料,研究了长江河口内及其临近海域磷酸盐和总磷的分布变化特征。结果表明,磷酸盐和总磷的浓度分布都是河口附近高,外海低,但其最大值不在河口内,而在口门外。河口内磷酸盐秋、冬季浓度高,春、夏季低;总磷夏、秋季浓度高,春季和冬季低。口门外磷酸盐和总磷浓度分布都是冬、夏季高,春、秋季低。磷酸盐夏季浓度变化大,分层明显,冬季变化小,垂直分布均匀。总磷春季表、底层浓度接近,其余季节表层都低于底层。通过磷酸盐和总磷与盐度、悬浮体的相关关系研究表明,磷酸盐在河口转移过程中,还受到生物活动、水体垂直对流以及缓冲作用等多种因素的影响。总磷在很大程度上受颗粒磷的控制。     

连云港近海海域水质的季节和年际变化

根据1992～2005年连云港近海海域水质监测资料,对该海域水质的季节变化和年际变化进行研究.结果表明,近海水质有明显的季节变化特征,其中盐度从春、夏季到秋季缓慢降低,冬季升高;溶解无机氮(DIN)与盐度恰恰相反,夏秋季最高且监测的超标率高.溶解氧季节性非常明显,依次为冬季>春季>秋季>夏季.总体上春冬季水质好于夏秋季.年际变化显示,1992～2005年pH和盐度均有降低趋势,尤其是2003年以后降幅更加明显;DO和COD年际变化相对平稳但季节变化幅度较大;2000年12月后油类浓度明显降低且年际变化平稳;近几年DIN有明显增加趋势,无机氮已成为该海域主要污染物.     

Seasonal and sub-seasonal oxygen and nutrient fluctuations in an embayment of an eastern boundary upwelling system: St Helena Bay

Seasonal, sub-seasonal and spatial fluctuations in bottom dissolved oxygen (DO) were examined in St Helena Bay, South Africa’s largest and most productive embayment, between November 2013 and November 2014. Alongshore bay characteristics were assessed through comparison of variables along the 50-m depth contour. A mean coefficient of variation of 0.35 provided a measure of the relative variability of near-bottom DO concentrations along this contour. Consistently lower DO concentrations in the southern region of the bay in summer and autumn are attributed to enhanced retention. Across-shelf transects captured the seasonal development of hypoxia in relation to the distribution of phytoplankton biomass. Exceptional dinoflagellate blooms form extensive subsurface thin layers preceding the autumn DO minima in the south of the bay, prior to winter ventilation of the bottom waters. The seasonal decline in DO concentrations in the bottom waters was marked by sub-seasonal events of hypoxia, and ultimately anoxia linked to episodic deposition of organic matter, as indicated by increases in bottom chlorophyll-a concentrations. Seasonal changes in bottom water macronutrient concentrations followed trends in apparent oxygen utilisation (AOU), both of which mirrored DO concentrations. In the south of the bay, nitrogen loss through denitrification/anammox in suboxic waters was indicated by a dissolved inorganic N deficit in the bottom waters, which was most pronounced in autumn.     

南海南部次表层叶绿素a质量浓度最大值及其影响因子*

文章分析了2013年南海南部4个季节航次的叶绿素a (Chl a)调查数据, 结果显示: 150m以浅水柱Chl a质量浓度均值分别为早春0.14mg•m^-3、初夏0.12mg•m^-3、初秋0.18mg•m^-3、初冬0.16mg•m^-3。早春和初夏偏低的原因与早春风速小, 初夏水温高, 不利于水体的垂直混合, 限制了深层海水中丰富的营养盐向上层水体补充有关。4个季节中海水次表层Chl a质量浓度最大值层(SCML)均出现在50m和75m, 这两个水层的Chl a质量浓度差异小, 季节变化不大, 平均值变化范围分别为0.24~0.26mg•m^-3和0.22~0.26mg•m^-3。受混合层深度和温跃层上界深度的共同影响, 50m水层Chl a质量浓度主要受制于深层富营养盐海水的向上补充, 75m水层Chl a质量浓度受水温的影响明显。     

长江口及其邻近海区环流和温、盐结构动力学研究Ⅱ.环流的基本特征

利用POM模型，以研究海区的海面风应力、温度和盐度资料作为海面边界条件，以与外海界面处的温度和盐度资料作为侧向液边界条件，并考虑长江径流、台湾暖流和东海沿岸流的影响，对长江口及其邻近海区各季节的三维斜压环流和温、盐结构进行了数值模拟。环流的数值结果表明，冬季和秋季研究海区的水平环流主要由长江径流、东海沿岸流、台湾暖流、杭州湾环流和沿岸流与台湾暖流之间的气旋和反气旋涡构成；东海沿岸流与长江径流顺岸南下，随着自北往南岸界地形坡度的增大，其流幅变窄，流速增强；台湾暖流沿陡坡及其外缘蜿蜒北上，随着自南往北水深的变浅，其流幅由宽变窄继而又由窄变宽，流速却一直由强变弱。冬季和秋季海区纬度断面垂直环流的总趋势由近岸向外海流动，海底地形变化缓慢区离岸流产生波动，海底地形变化显著的陡坡区离岸流产生剧烈振荡而生成强升降流。春季和夏季研究海区的水平环流主要由长江径流与东海沿岸流汇合流、台湾暖流、杭州湾环流、舟山群岛附近及长江径流和东海沿岸流汇合流与台湾暖流之间的气旋和反气旋涡构成；长江径流和台湾暖流平行北上并在长江口以北产生顺时针偏转。由海区水平环流特征和变化趋势证实，春季长江冲淡水已开始向东北偏转，夏季冲淡水的偏转程度、伸展距离和扩展范围都更甚于春季；春季在长江口近岸存在弱上升流，夏季长江口外的陡坡区出现下降流，而长江口以北和以南的陡坡区出现上升流。     

Characteristics of bottom dissolved oxygen in Long Island Sound,New York

The variability of bottom dissolved oxygen (DO) in Long Island Sound, New York, is examined using water quality monitoring data collected by the Connecticut Department of Environmental Protection from 1995 to 2004. Self-organizing map analysis indicates that hypoxia always occurs in the Narrows during summer and less frequently in the Western and the Central Basins. The primary factor controlling the bottom DO, changes spatially and temporally. For non-summer seasons, the levels of bottom DO are strongly associated with water temperature, which means DO availability is primarily driven by solubility. During summer, stratification intensifies under weak wind conditions and bottom DO starts to decrease and deviate from the saturation level except for stations in the Eastern Basin. For the westernmost and shallow (<15 m) stations, bottom DO is correlated with the density stratification (represented by difference between surface and bottom density). In contrast, at deep stations (>20 m), the relationship between oxygen depletion and stratification is not significant. For stations located west of the Central Basin, bottom DO continues to decrease during summer until it reaches its minimum when bottom temperature is around 19–20 °C. In most cases the recovery to saturation levels at the beginning of fall is fast, but not necessarily associated with increased wind mixing. Therefore, we propose that the DO recovery may be a manifestation of either the reduced microbial activity combined with the depletion of organic matter or horizontal exchange. Hypoxic volume is weakly correlated to the summer wind speed, spring total nitrogen, spring chlorophyll a, and maximum river discharge. When all variables are combined in a multiple regression, the coefficient of determination (r²) is 0.92. Surprisingly, the weakest variable is the total nitrogen, because when it is excluded the coefficient r² only drops to 0.84. Spring bloom seems to be an important source of organic carbon pool and biological uptake of oxygen plays a more crucial role in the seasonal evolution of bottom DO than previously thought. Our results indicate that the reassessment phase of the Long Island Sound Total Maximum Daily Load policy on nitrogen loading will most likely fail, because it ignores the contributions of the spring organic carbon pool and river discharge. Also, it is questionable whether the goal of 58.5% anthropogenic nitrogen load reduction is enough.     

长江口及其邻近海区环流和温、盐结构动力学研究III 温度结构

数值模拟结果表明: 冬季长江口及其邻近海区温度分布为近岸低, 外海高; 近岸和海底地形变化缓慢区温度呈垂直均匀分布, 海底地形变化显著的陡坡区生成温度锋; 外海深水区的中上层温度低且呈垂直均匀分布, 底层温度高并形成弱的分层。春季, 近岸温度高、外海低; 近岸温度大致呈垂直均匀分布, 外海出现明显分层; 长江口以北温度表层低、底层高; 长江口及其以南表层和底层温度低, 而中层高; 陡坡区至外海生成温度锋, 随着温度锋自陡坡至外海的下移,锋面以上温度逐渐变为垂直均匀分布, 而锋面以下温度却大致呈水平均匀分布。夏季, 海区的温度分布和春季一样, 为近岸高、外海低; 长江口及其以南近岸浅水区温度呈垂直均匀分布; 长江口以北和长江口及其以南的外海温度自表层至底层由高变低且大致呈水平均匀分布, 并在表层至次表层生成强温跃层, 跃层强度随水深增加迅速减弱, 深底层温度几乎呈均匀分布且保持低温特征。秋季, 海区的温度分布与冬季相同, 也为近岸低, 外海高; 在长江口以北, 近岸温度为表层高, 底层低; 外海底层温度低且大致呈水平均匀分布, 而底层以上温度高且大致呈垂直均匀分布; 长江口及其以南, 近岸温度呈垂直均匀分布, 陡坡至外海的表层至底层生成弱的温度锋,随温度锋自陡坡至外海的下移, 锋面以上温度逐渐变为垂直均匀分布, 长江口以南陡坡区的底层温度几乎呈均匀分布。