基于MODIS L1B数据的黄海悬浮体季节性分布的反演

基于2010—2011年春、秋和冬季在黄海3个航次调查取得的悬浮体数据,结合MODIS L1B遥感数据,建立基于MODIS第4波段反射率的表层悬浮体浓度(SSC)的反演模型。利用合成的MODIS月均数据和悬浮体反演模型,反演出黄海表层悬浮体的月际分布,并对形成机制进行探讨。结果显示:黄海悬浮体分布有3个高值区,分别对应3个悬浮体来源,苏北浅滩及成山头高值区来源为海底泥沙的再悬浮,山东半岛北岸高值区来源为由渤海海峡输入黄海的泥沙。黄海悬浮体的分布及扩散具有显著的季节性变化特征,冬季,由于冬季风形成的波浪与沿岸流强盛,黄海3个高值区明显,其中山东半岛北岸与成山头形成一条连续的高悬浮体浓度水体条带;春季,由于波浪及沿岸流减弱,黄海悬浮体浓度显著减小,山东半岛北岸与成山头成为2个独立的高值区,表明其不同的悬浮体来源;夏季,仅苏北浅滩形成由于潮流导致再悬浮的悬浮体浓度高值区;秋季,由于冬季风逐渐加强,黄海悬浮体浓度显著增加,并逐渐过渡到冬季分布状态。     

渤黄海海域悬浮体季节性分布及主要运移路径

依据国家自然科学基金委公共航次2010年和2012年4个航次在渤黄海海域获得的现场悬浮体浓度数据及CTD海洋水文观测数据,结合MODIS L1B数据第4波段反射率值,建立了悬浮体浓度(SSC)与反射率强度的反演模型,反演了渤黄海海域表层悬浮体的月均分布。综合现场实测数据和遥感反演结果,研究渤黄海海域悬浮体的季节性变化特征。利用HYCOM数值模拟得到的各个层位流速数据,分析渤黄海海域主要断面的悬浮体扩散通量。结果表明,渤黄海海域表层悬浮体浓度高值区主要分布在黄河口莱州湾及渤海湾附近沿岸海域、山东半岛沿岸、苏北浅滩至长江口一带、罗洲群岛附近海域以及沿岸其他小河流入海口。渤黄海海域水体结构具有季节性变化特征。夏季,水体上下温差大、层化较强、水动力条件较弱,海域悬浮体浓度相对较低。而在冬季,海域气温较低,水体上下温差小,同时,渤黄海海域强劲的东北风盛行,水体混合强烈,海域悬浮体浓度较高。同时,黄海暖流和山东半岛沿岸流等流系加强,携带悬浮体的能力和效率均大大提高,冬季成为海域悬浮体输运的主要季节。在冬季,黄河三角洲沿岸、山东半岛沿岸以及苏北海岸等区域在强动力作用下的再悬浮成为海域的悬浮体主要来源。黄河三角洲沿岸再悬浮的沉积物通过渤海海峡的南端输入北黄海,在沿岸流的作用下悬浮体输送通量沿程增大,经过成山头海域后转向南输送,输送通量沿程减少,沉积物在黄海中部泥质沉积区汇聚。沉积动力的分析结果显示,冬春季节在山东半岛区域形成的混合锋面对悬浮体的输运路径有重要的影响。     

南黄海悬浮体浓度的平面分布特征及其输运规律

重点分析和探讨了南黄海悬浮体浓度的平面分布及其水平输运,结果显示悬浮体浓度具有显著的空间区域化分布特征,其与该海域环流场的布局和季节转换存在良好的对应关系,南黄海环流是该海域悬浮体运移的主要动力和控制因素;江苏近岸海域在一年四季均为悬浮体浓度的最高值区,其悬浮体主要来源于潮流和海浪所引起的沉积物再悬浮以及苏北沿岸水的携带和输送,而且夏季悬浮体在该海域的累积还可为冬半年在黄海西部沿岸流作用下将其输运至东南海域提供很好的物源保证;长江口东北部海域在春、夏、秋三季出现东北向扩展的高值区,体现了长江冲淡水的影响;石岛外海在冬、春、秋三季也存在悬浮体浓度高值区,并具有向南黄海中部泥质区扩展的态势,这是鲁北沿岸流将现代黄河物质输运至此的结果。发现调查海域中部表底层在春秋季均存在云团状高值区,而且该海域悬浮体浓度自春季至秋季出现"双峰现象",这与春秋季水华期间浮游植物繁殖所产生的有机碎屑有关,并使作为悬浮体组成的海洋浮游生物有机质向沉积物转移,据此进一步指出这一物源可能对南黄海冷涡泥质区的形成、发育也具有一定的作用,该观点深化了对南黄海中部冷涡泥质区受上层生物活动影响以及泥质区物源的认识。     

南黄海中部悬浮体垂直分布及其季节变化

南黄海中部悬浮体浓度垂直分布及其季节变化对该海域泥质区的生成有重要意义,为研究黄东海物质交换、南黄海中部泥质区生成机制,利用2006年至2009年四季节的温度、盐度数据,结合水样抽滤获得的悬浮体质量浓度数据和LISST观测到的悬浮体体积浓度数据分析南黄海中部断面悬浮体浓度垂直分布及其季节变化。结果表明,悬浮体LISST体积浓度和抽滤质量浓度具有较好的相关性,并将夏冬两季悬浮体体积浓度转换为质量浓度。四季节悬浮体浓度整体上表层低于底层,潮流是控制南黄海悬浮体分布的重要动力因素,秋季大潮期悬浮体浓度高于冬季小潮期,冬春两季悬浮体浓度分布相类似;受到强台风影响,夏季悬浮体浓度高于秋冬季,以温跃层为界,底层悬浮体浓度较高,最高达26.9mg/L,以细粉砂粒级为主,上层悬浮体浓度低于2mg/L,悬浮颗粒粒径大于31.6μm。夏季,黄海冷水团西边界锋面处为粉砂为主的高悬浮体浓度区,与南黄海中部泥质区西侧厚沉积带位置对应。冬季,黄海西部沿岸流流经区域悬浮体以极细砂粒级为主,黄海暖流海域各个粒级悬浮体浓度都比较高,以粉砂粒级以上为主,整个断面中较粗颗粒的悬浮体含量较多。     

南黄海辐射沙洲附近海域悬浮体的研究

对2003年春季(3—4月)和秋季(9月)南黄海辐射沙洲附近海域的悬浮体样品进行了空间分布特征、有机无机组成、粒度特征及其季节变化分析。结果表明:(1)2003年春季研究区内悬浮体浓度要普遍高于秋季的悬浮体浓度。悬浮体浓度最高值区位于长江口-老黄河口之间的近岸区。陆源物质为主的无机组分是悬浮体的主体成分,特别是在近岸浅水区和接近海底的底层水中尤为突出;(2)研究区海水中的悬浮体主要来源于辐射沙脊区(老黄河-长江复合三角洲)沉积物再悬浮;(3)悬浮体分布是风浪、潮流及沿岸流等多种因素综合作用的结果,而风浪和潮流是影响本区悬浮体分布的主要因素,巨大的风浪和强大的潮流造成辐射沙洲海底的沉积物再悬浮、搬运和再沉积,并在苏北沿岸流的作用下向沙洲外缘输运。     

南黄海与东海北部春季悬浮体颗粒有机碳分布

2006年4—5月对南黄海和东海北部进行了悬浮体调查,分析研究了45个站位的悬浮体资料和数据,阐述了南黄海和东海北部春季颗粒有机碳(POC)的平面和垂向分布特征,并结合悬浮体总氮(PN)和C/N摩尔比值探讨了其来源及其影响因素。结果表明,研究区春季表层悬浮体POC在东海北部31°N、123°E附近含量最高,124°E以东悬浮体POC含量相对降低;长江口邻近海区表层悬浮体POC浓度较高,与长江冲淡水径流携带大量营养物质刺激生物生长有关。底层悬浮体POC含量高值区出现在南黄海33.5°N、121.5°E附近,在东海31.5°N、124.5°E附近出现次高值区,东海31°N以南区域POC含量则相对较低,高浓度主要受底质再悬浮作用影响。C/N摩尔比显示,南黄海和东海北部悬浮体有机质主要为海洋来源。研究区悬浮体POC的分布主要受海流影响,可以识别出黄海暖流、苏北沿岸流和长江冲淡水等控制区。南黄海和东海北部悬浮体POC分布是有机质来源和海流作用等因素共同作用的结果。     

山东半岛沿岸海域悬浮体时空分布及形成机制分析

依据2015年GOCI(geostationary ocean color imager)卫星影像反演的悬浮体浓度数据,分析了山东半岛沿岸海域表层悬浮体质量浓度和锋面月变化特征,揭示该海域悬浮体的分布特征和扩散格局,并结合风速、波高以及海表温度数据,对其控制因素进行初步探讨。结果显示:研究区内悬浮体质量浓度整体表现为冬季最高,春秋次之,夏季最低的分布特征;悬浮体扩散过程可以划分为4个阶段,冬季稳定外输,春季向岸退缩,夏季近岸贮存,秋季向外扩散。此外,山东半岛近岸存在一条悬浮体质量浓度高于10 mg/L的浑浊带,该浑浊带同样表现出季节变化,它在秋季开始形成,其悬浮体含量、幅宽及延伸范围在冬季达到最大,春季减弱,夏季消失。研究认为山东半岛沿岸海域的表层悬浮体来源主要是海底沉积物的再悬浮。风场、海浪以及沿岸流的强弱变化对悬浮体分布和输运的季节变化有重要的控制作用:风场和海浪影响海水混合搅拌强度,改变海底沉积物再悬浮作用的临界深度,进而影响表层海水悬浮体浓度,致使悬浮体浓度与风浪的月际变化趋势基本一致;沿岸流携带高浓度悬浮体沿山东半岛输运形成沿岸浑浊带,沿岸流的强度变化直接控制浑浊带的季节变化。     

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。     

东海陆架表层水体有机与无机悬浮体的季节分布特征

利用2011年春季(5-6月)、2009年夏季(8月)、2010年秋季(11-12月)和2009 年冬季(12月一次年1月)4个航次实测的悬浮体质量浓度资料,分析了东海陆架表层水体总悬浮体、有机悬浮体和无机悬浮体质量浓度的季节分布特征。结果表明,东海陆架表层水体总悬浮体质量浓度冬半年高于夏半年,等值线基本平行于岸线,在浙江沿岸29°N附近有一浑水舌向东南方向延伸,常年存在2个高值中心和2个次高值中心。有机悬浮体质量浓度则为夏半年高于冬半年,存在2个高值中心和2个次高值中心,季节变化显著。无机悬浮体质量浓度分布趋势相似于总悬浮体质量浓度,但整体轮廓线向近岸收缩约0.5°,常年存在2个高值中心和1个次高值中心。有机悬浮体占总悬浮体百分比按季节从高到低依次为春季、夏季、冬季和秋季,其中长江口、杭州湾外近海海域和黑潮区为东海有机悬浮体百分含量高值区。     

2007年春季南黄海溶解氧的分布特征及影响因素

基于2007年4月对南黄海调查所得的溶解氧(DO)资料,重点分析了DO的分布特征,并在此基础上初步探讨了DO与温、盐度水文要素分布之间的关系。结果表明,2007年春季南黄海DO的质量浓度范围为7.33~11.41 mg/L,平均值为9.24 mg/L;上层水体(0~30 m)中,西南部海域DO质量浓度较低,而在黄海暖流影响的中北部海域,受浮游植物光合作用的影响,DO的质量浓度却保持了一个较高的水平;底层DO质量浓度呈近岸高、远海低的分布趋势,并在黄海暖流影响的中北部海域,由于有机物的耗氧分解,存在1个DO低值区;从DO的垂直分布来看,5 m和10 m层的DO质量浓度均值最高,这一现象可被认为是增温季节DO垂直分布最大值形成的初始阶段,此外,DO断面分布还存在4种典型的类型。水温、浮游植物光合作用以及有机物在底层的分解是影响DO质量浓度的主要因素,而DO分布趋势则主要受控于南黄海环流结构。     

渤、黄、东海8个主要分潮的数值模拟研究

应用MIKE数值模拟软件,采用无结构三角形网格,建立一套计算区域包括整个渤海、黄海、东海以及东海大陆架和琉球群岛的高分辨率数值模型,考虑了实际水深和岸线,外海开边界采用西北太平洋大模型结果的潮位提供,模拟了东中国海潮波的波动过程,对潮波垂直运动过程进行调和分析,得到了渤海、黄海、东海的M2,S2,K1,O1以及N2,K2,P1,Q1八个主要分潮的传播和分布特征。利用中国沿海14个潮位站的调和常数对模型结果进行了验证,验证结果显示模型较为准确可靠。研究结果表明:4个主要半日潮(全日潮)在渤、黄、东海的传播情形基本相似,即潮波在渤海、黄海、东海沿岸的传播性质上类似沿岸开尔文波的传播形态,并且成功再现了计算海域的4个半日分潮无潮点和2个全日分潮无潮点。全日潮振幅各无潮点附近振幅最小,而海湾的波腹区振幅最大,东海潮差呈现近岸方向振幅大、离岸方向振幅小,浙闽沿海振幅也较大,黄海振幅相对较小,渤海振幅在辽东湾和渤海湾顶最大,两个无潮点周边振幅较小。     

渤黄东海潮能通量与潮能耗散

利用同化高度计资料和沿岸验潮站资料对潮汐数值模式进行同化,根据同化后的数值模式结果,对渤黄东海中的潮能通量和潮能耗散进行了研究.M2分潮从太平洋进入渤黄东海的潮能为122.499GW,占4个主要分潮进入总量的79%.黄海是半日分潮潮能耗散的主要海区.全日分潮则主要耗散在东海.全日分潮在遇到陆坡的阻挡以后有一部分潮能沿着冲绳海槽向西南传播,并有一部分潮能反射回太平洋,其中O1分潮通过C3断面反射回太平洋的潮能,约占其传入东海潮能的44%.     

全新世渤、黄、东海陆架泥沙输运演变过程模拟研究

模拟了全新世 9个特定时期潮流作用下渤、黄、东海陆架上的泥沙输运状况。结果表明 ,东海外陆架梳状古沙脊形成的盛期在 - 80m至 - 52m海面期间 ,主要是潮流将侵蚀的海底晚更新世物质与河流的入海泥沙向东南方向输运而形成 ;- 52m海面之后 ,该古沙脊逐渐停止发育。扬子浅滩形成于 - 52m海面之后 ,至 - 30m海面时已发育比较成熟 ,它主要是旋转流将海底晚更新世物质与全新世河流入海泥沙中的细粒物质呈扇形向外簸选掉 ,粗粒物质留在原地而形成。南黄海中部泥在 - 52m海面时已开始形成 ,该泥是细粒物质的汇 ,泥沙来源具有多源性 ,但泥沙来量不足。西朝鲜湾沙脊与江华湾沙席、辽东浅滩沙脊与渤中浅滩沙席、海州湾中砂质沉积、南黄海辐射状沙脊以及北黄海西部泥、渤海中央泥、浙闽岸外泥主要形成于全新世最大海侵以来。西朝鲜湾沙脊与江华湾沙席分别是强往复流与旋转流主要侵蚀海底的晚更新世物质而形成。辽东浅滩沙脊与渤中浅滩沙席主要是强潮流将老铁山水道中的晚更新世物质带到辽东半岛西侧海域沉积而形成。海州湾中的砂质沉积是潮流将海底晚更新世物质与河流入海泥沙中的细粒物质带往外海、留下粗粒泥沙而形成。南黄海辐射状沙脊是辐射状潮流场改造北来的黄河泥沙与南来的长江泥沙而形成。北黄海西部泥的     

中国黄、渤海海水中溶解镉的形态研究

黄、渤海是我国重要的海洋经济渔业开发区域,海水中痕量金属的含量及其存在形态会对海洋环境、海洋渔业产生重要影响。随着近年我国痕量金属采集与分析测试技术的发展,数据的准确性有了新的提升。2016-06—07采集黄、渤海40个站位的海水样品,测定其溶解态金属Cd的总浓度,并应用电化学方法(阳极溶出伏安法)分析Cd存在形态。结果表明,渤海海水中的总溶解态Cd浓度是南黄海海水中的2~3倍,这可能与渤海海水停留时间较长,水深较浅,周边较多河流输入有关。20%~92%以上的溶解态Cd是以有机络合物形态存在,以自由离子态存在的Cd浓度不超过100 pmol/L,低于Cd对浮游生物的毒性阈值。渤海比黄海的金属配体浓度高出2倍以上,高值出现在黄河口周围海域,表明黄河水携带较多有机配体输入。推测我国近海有机配体来源可能包括陆源输入、沉积物再悬浮的解析过程以及藻类分泌。研究还表明,黄、渤海海水中溶解态Cd的有机配体络合常数较其他海域的稍高,这与我国近海废、污水排放的有机络合配体类型有关。     

波浪和太阳短波辐射对渤、黄海夏季温度垂直结构的影响

基于普林斯顿(POM)模式,采用不同的垂直混合方案并考虑太阳短波辐射的作用,对渤海、黄海夏季垂直热结构进行了数值试验。试验结果表明,夏季波浪混合控制着渤海、黄海上混合层的形成,加入波浪混合能明显改善陆架浅海的夏季温度垂直结构。太阳短波辐射对渤海、黄海夏季上层垂直热结构有一定的作用,研究夏季海洋上层垂直热结构应该包括太阳短波辐射的影响,特别是对于水深相对较深的黄海。     

黄、渤海断面及海洋站的盐度分布特征与变化趋势

采用经验正交函数(EOF)分解、超前滞后相关分析等方法,分析了36°N断面、大连—成山头断面和渤海中部断面盐度的空间分布特征和时间变化特征,讨论了环黄、渤海海洋站之间盐度的关系。结果表明,36°N断面、大连—成山头断面和渤海中部断面盐度的整体趋势都是升高,黄河流量的减小是造成渤海盐度升高的重要原因。黄海千里岩站1960～2000年间的盐度整体趋势也是升高,年变化率为0.01/a,造成盐度升高的主要原因是降水的减少,并且其短期震荡可能和ElNio有关,长期变化则与太平洋年代际震荡(PDO)有关。此外,千里岩站和其他海洋站之间的盐度有较好的正相关关系,只是在时间上存在着1～3个月的超前。对黄、渤海盐度长期变化的系统分析表明,近海盐度可能受到外洋的影响,有助于加深对中国近海环境演变的认识。     

末次冰消期以来渤、黄、东海陆架潮汐、潮流演变过程模拟研究

末次盛冰期结束、海侵开始后渤、黄、东海陆架潮汐、潮流的演变对该区泥沙的输运与沉积 ,以及海底地貌的形成、分布以及演变等具有深刻影响。文中数值模拟末次冰消期以来 4个特定时期 ,即比现在海面低 80 m、5 2 m、30 m海面以及全新世最大海侵时渤、黄、东海陆架的潮汐、潮流。根据不同时期的潮汐、潮流分布特征得出 ,末次冰消期以来渤、黄、东海陆架潮汐、潮流的演变过程大致以全新世最大海侵为界划分为两个阶段 :1全新世最大海侵前为渤、黄、东海陆架潮汐、潮流基本分布格局的形成阶段 ;2全新世最大海侵后 ,为基本分布格局的局部调整阶段。末次冰消期以来基本海岸轮廓的变迁是渤、黄、东海陆架区潮汐、潮流演变的主要控制因素     

黄渤海区蛾螺的齿舌研究

采用电子显微镜对黄渤海区野外调查采集的蛾螺科Buccinidae 6个种,分别是香螺Neptunea arthriti-ca cumingii、略胀管蛾螺 Siphonalia subdilatata、皮氏蛾螺 Volutharpa ampullaceal、水泡蛾螺Buccinumpemphigum、黄海蛾螺 Buccinium yokomaruae、褶纺锤螺 Plicifusus sp.的齿舌进行了解剖,对其形态特征进行了对比研究.研究结果表明,6个种的齿式均为1·1·1.以往曾有报道蛾螺科的齿舌"中央齿具有3～7个齿尖",而本研究发现了蛾螺科的褶纺锤螺,其中央齿齿尖数目有8枚.同时发现,黄渤海区蛾螺的侧齿数目有的是不对称的.本研究可为蛾螺科的分类学研究提供参考资料.     

Spatial and temporal variations of macro-and mesozooplankton community in the Huanghai Sea (Yellow Sea) and East China Sea in summer and winter

The study was conducted during two cruises of June–August 2006 (summer),and January–February 2007 (winter) in the Huanghai (Yellow) Sea and East China Sea.Spatial and temporal variations of zooplankton abundance,biomass and community structure and its relation to currents and water masses over the continental shelf were examined.A total of 584 zooplankton species/taxa and 28 planktonic larvae were identified during the two surveys.Copepods were the most abundant component among these identified groups.Zooplankton abundance and biomass fluctuated widely and showed distinct heterogeneity in the shelf waters.Five zooplankton assemblages were identified with hierarchical cluster analysis during this study,and they were Huanghai Sea Assemblage,Changjiang Estuary Assemblage,Coastal Assemblage,East China Sea Mixed-water Assemblage and East China Sea Offshore Assemblage.Seasonal changes of zooplankton community composition and its geographical distribution were detected,and the locations of the faunistic areas overlap quite well with water masses and current systems.So we suggest that the zooplankton community structure and its changes were determined by the water masses in the Huanghai Sea and East China Sea.The results of this research can provide fundamental information for the long-term monitoring of zooplankton ecology in the shelf of Huanghai Sea and East China Sea.     

Reanalysis of the Atmospheric Flux of Nutrient Elements to the Southern Yellow Sea and the East China Sea

Based on the recent research results on dry and wet deposition of nutrient elements and sulphate,we estimate the atmospheric flux of nutrient elements and sulphate to the southern Yellow Sea and the East China Sea in each season.The results suggest that the concentrations of nutrient elements and sulphate in aerosol and precipitation show an apparent seasonal cycle with the maximum values in winter and the minimum values in summer.Depositions of nitrate and sulphate are dominated by wet deposition,while the deposition for phosphate is mainly dry deposition.Moreover,compared with the riverine inputs,the atmospheric deposition may be the main source of dissolved inorganic nutrients in the southern Yellow Sea and the East China Sea.