长江口及邻近海域有色溶解有机物的分布及河口混合行为的季节变化研究

于2019年3月、7月和10月对长江口及邻近海域有色溶解有机物(CDOM)的分布及河口混合行为进行分析研究。通过对盐度、吸收光谱斜率S_275～295、吸收系数a_CDOM(355)以及叶绿素a的分析发现,在河口内低盐度区,7月淡水流量大,陆源输入量最大,a_CDOM(355)值最高,3月CDOM来源主要受陆源输入和浮游植物生产活动的影响,a_CDOM(355)值较10月高;在口外高盐度区,3月和7月的a_CDOM(355)值相近,均低于10月,CDOM分布主要受浮游植物生产活动的影响。利用三维荧光光谱?平行因子分析方法共鉴定出4个荧光组分:类蛋白质组分C1(280/330 nm)、类腐殖质组分C2(300/350 nm)、类腐殖质组分C3(260/465 nm)和类腐殖质组分C4(320/410 nm)。在3月、7月及10月,4个荧光组分强度由长江口内到口外呈递减趋势,受陆源输入和浮游植物生产活动的影响,平均荧光强度的季节变化总体上来说,由大到小依次为7月、10月、3月。3个季节CDOM荧光组分均存在偏离理论稀释线的现象,说明CDOM的来源(陆源输入、沉积物再悬浮和现场生物活动)和去除(被颗粒物吸附、光降解和细菌降解)机制复杂多变,揭示了长江口区域CDOM在不同时空下的不保守混合行为。     

西太平洋冬季上层水体有色溶解有机物的分布和转化特征

为深入解析西太平洋溶解有机碳的生物地球化学过程，本研究于2015年12月至2016年1月，开展了西太平洋上层水体有色溶解有机物（CDOM）吸收光谱和荧光光谱特征研究。研究结果表明，西太平洋上层水体CDOM吸收系数a（320）变化范围为0.01~1.07 m-1，平均值为0.18 m-1；其较高值位于100~200 m水层，表层的海水相对含量较低，主要以有机物的光化学分解为主。采用PARAFAC分析CDOM三维荧光光谱特征，得到1种类腐殖质组分C2（252（310 nm）/405 nm）及2种类蛋白组分C1（224（276 nm）/335 nm）和C3（224（260 nm）/300 nm），其中类腐殖质荧光组分占总荧光强度的11%~22%，蛋白质荧光组分占总荧光强度的78%~89%，蛋白质荧光中类色氨酸和类络氨酸组分对荧光强度的贡献相当。洋流在大尺度上控制西太平洋CDOM的分布特征，两流交界处和环流形成区域的CDOM相对含量较高，荧光信号较强。西太上层水体CDOM相对含量和荧光信息，与温度、盐度、DO和营养盐等理化因素之间的相关分析结果表明，CDOM主要成分类蛋白质的产生主要受上层水体初级生产过程控制。     

长江口盐度梯度下不同形态碳的分布、来源与混合行为

河口碳的生物地球化学过程是全球碳循环的重要组成。通过测定溶解无机碳（DIC）及其稳定同位素丰度（δ13C_DIC），溶解有机碳（DOC），有色溶解有机物（CDOM），颗粒有机碳（POC）及其稳定同位素丰度（δ13C_POC）与元素比值（N/C）及相关指标，研究了2014年7月长江口盐度梯度下不同形态碳的分布、来源和混合行为。结果表明，DIC浓度、DOC浓度、POC含量分别为1 583.2~1 739.6 μmol/L，128.4~369.4 μmol/L和51.2~530.8 μmol/L，这些不同形态碳及CDOM的荧光组分的分布模式相似，均是从口内到口外，整体呈现先增大后减小的趋势，并与盐度呈现非保守混合行为。添加作用主要发生在在口门处最大浑浊带附近。与含量相反，从口内到口外，δ13C_DIC和δ13C_POC均呈现逐渐减小再增大的趋势，在口门附近达到最低值，分别为-9.7‰和-26.7‰。在口门附近不同形态碳含量上升及δ13C_DIC、δ13C_POC的降低可能主要与沉积物再悬浮及微生物作用有关。基于蒙特卡洛模拟的三端元混合模型的结果显示，河口内外POC来源变化明显，口内POC以陆源有机碳贡献为主，平均为62.3%，口外海源贡献逐渐增加。CDOM相关参数结果表明长江口CDOM主要来自陆源输入，海源及人类活动等也对其产生影响。     

秋季胶州湾有色溶解有机物荧光特性研究及其来源分析

利用三维荧光光谱(EEMs)-平行因子分析(PARAFAC)技术研究了秋季胶州湾有色溶解有机物(CDOM)的荧光成分组成、分布特征及来源。PARAFAC模型解析出胶州湾CDOM由2类5个荧光组分组成,即类腐殖质成分C1(355nm/430nm)、C2(320nm/390nm)、C3(380nm/465nm)、C4(420(330)nm/505nm)及类蛋白质成分C5(280/325nm)。类腐殖质成分C1、C2、C3和C4的平面分布模式基本一致,呈现由近岸海域向湾中心海域逐渐减小的趋势,而类蛋白质成分C5则是由湾东北部近岸海域向西南部海域呈逐渐减小的趋势。分析表明,秋季胶州湾CDOM类腐殖质成分C1、C2、C3和C4的主要来源为陆源输入,而类蛋白质成分C5主要受城市排污的影响。系统聚类分析表明,以团岛南端和红岛西侧连线为界,所有采样站位被分为两类,分界线西部区域站位CDOM各荧光成分相对含量分别为C1:31.8%~35.5%,C2:30.3%~33.7%,C3:17.1%~20.2%,C4:4.5%~5.2%,C5:9.6%~12.5%;分界线东部区域站位CDOM各荧光成分相对含量分别为C1:30.6%~34.6%,C2:28.8%~32.7%,C3:17.0%~19.1%,C4:3.3%~4.8%,C5:12.1%~18.2%。西部区域CDOM具有较高的C4含量和较低的C5含量,大沽河等河流的陆源输入特征明显,而东部区域CDOM则具有较高的C5含量和较低的C4含量,反映该区域受城市排污影响显著。另外,秋季胶州湾CDOM的HIX范围为1.8~3.2之间,较小的腐殖化因子值反映了秋季胶州湾CDOM的腐殖化程度高较低,在环境中存在时间较短。     

冬季黄渤海有色溶解有机物的光学特性研究

于2016年1—2月对黄渤海海域的有色溶解有机物(CDOM)进行了现场调查,通过分析CDOM的吸收和荧光特性,研究了CDOM在黄渤海的分布、荧光组分、来源。结果表明:CDOM吸收系数a(355)的水平变化范围为0.21~0.74m-1,呈现出近岸高、远岸低的分布趋势。光谱斜率比SR的水平分布总体呈现多源头、多中心的分布特征。a(355)在35°N断面总体呈现出近岸高、远岸低,表层低、底层高的分布。利用EEMs-PARAFAC对6种组分进行分析:C1(230/295)、C3(260/315)、C6(285(230)/335)为类蛋白质荧光组分,C2(295/485)、C4(305/380)、C5(345(270)/430)为类腐殖质荧光组分。荧光组分在渤海受陆源输入影响较大,水平分布上呈现出渤海的荧光平均值高于黄海的荧光平均值,且呈近岸高、远岸低的分布趋势。     

长江口外海水中有色溶解有机物（CDOM）的光吸收特性

基于2008年5、11月2次调查数据,研究了长江口邻近海域水体有色溶解有机物（CDOM）的光吸收特性及其时空分布特征,探讨了CDOM含量、光谱斜率Sg值及其与特征波长下吸收系数a（440）的关系.结果表明,春季该海域有色溶解有机物的吸收系数a（440）的范围为2.232~8.671 m-1,平均值为4.523 m-1;秋季其吸收系数a（440）的变化范围为0.390~6.135 m-1,平均值为2.209 m-1.该水体CDOM吸收曲线基本呈指数衰减趋势.在400~440 nm波段内,春季其光谱斜率Sg值范围为0.002 0~0.014 2 nm-1,平均值为0.008 7 nm-1秋季的介于0.020 8~0.052 6 nm-1之间.平均值为0.037 5 nm-1.同时有色溶解有机物吸收系数a（440）与Sg值存在着较显著的负相关关系.     

马里亚纳海沟水体溶解有机物的垂直分布特征

为深入认识马里亚纳海沟溶解有机物的垂直变化特征,本文于2015年12月采集马里亚纳海沟从表层至深层的水样,分析其DOC含量和CDOM的光谱特征。研究结果表明,研究站位DOC含量范围为37.12~58.30μmol·L-1,以表层最高,2 000m次之,之后维持较低含量。CDOM吸收系数a(320)以8 727m处最高,为0.48m-1;4 000m处CDOM的a(320)最小为0.14m-1。CDOM相对含量从表层至4 000m层与DOC变化规律较为一致,底层则与DOC不同,呈现升高现象。根据CDOM荧光光谱解析出3种类腐殖质和4种类蛋白荧光组分,其中类腐殖质组分荧光强度从表层至底层相对稳定,类蛋白组分荧光信号变化较为显著,尤其2种短波激发类蛋白荧光组分荧光信号的变化与表层较高初级生产、2 000m有机物再生产,以及底层物质的缓慢降解和汇集作用相对应。     

2014年夏季长江口有色溶解有机物(CDOM)的分布、光学特性及其来源探究

通过测定有色溶解有机物(CDOM)的吸收光谱、荧光光谱、溶解有机碳(DOC)浓度,探究了2014年夏季长江口CDOM的来源及河口混合行为。结合吸收系数a(355)、光谱斜率S275-295、比紫外吸光度SUVA254与盐度的关系,结果表明南港水道受黄浦江输入影响显著,北港水道由长江径流控制呈保守性混合行为,二者CDOM的物质结构性质较为相似。DOC的浓度可通过a(275)与a(295)模拟估算:ln[DOC]=4.94–0.87ln[a(275)]+0.90ln[a(295)],a(275)8.0 m–1;ln[DOC]=4.77–6.79ln[a(275)]+8.05ln[a(295)],a(275)≥8.0 m–1。模拟结果表明,在长江口及邻近海域,CDOM对DOC具有示踪意义。利用三维荧光光谱-平行因子分析(EEMs-PARAFAC)技术,可得到夏季长江口FDOM含有3个类腐殖质组分(C2,C4和C5)和3个类蛋白质组分(C1,C3和C6)。类腐殖质组分具有相似的来源及地球化学行为,且与a(355)及盐度存在显著相关性;类蛋白质组分则与a(355)及盐度之间无显著相关性,揭示其与区域内微生物的活动有关。     

长江口及其邻近海域CDOM光谱吸收特性分析

研究了长江口及其邻近海域有色可溶性有机物(CDOM)的光吸收特性,分析了CDOM浓度(吸收系数a(440))、光谱斜率(S_g)与盐度的关系。结果表明:长江口及其邻近海域CDOM的a(440)变化范围为0.21~0.85 m^-1,平均值为0.44 m^-1;S_g值的范围为0.013 3~0.016 7 nm^-1,平均值为0.014 nm^-1;a(440)的水平分布表现为长江口海区比外海区高,S_g的水平分布表现为长江口海区比外海区低,反映了长江口海区CDOM中的腐殖酸成分比外海区大。研究区内a(440)与盐度、S_g与盐度明显线性相关,表明CDOM在河口混合行为中呈保守行为,CDOM具有良好的保守性质。     

舟山海域陆源溶解有机质变化及其对近岸羽状流的响应

2007年夏季在东海舟山海域河口锋区开展了陆源溶解有机质的调查研究。测定了有色溶解有机质(CDOM)在激发波长370 nm/发射波长460 nm处的荧光强度和在λ=355 nm处的吸收系数,用于代表陆源CDOM浓度,并测定了荧光指数以指示CDOM来源。结果表明,CDOM的荧光值和紫外吸收系数之间呈显著正相关性,陆源CDOM浓度大体有向海方向降低的趋势,但是纵向上存在一些"突跃"现象。在舟山海域东北角不时观测到表层水体含有高浓度的CDOM,但变异性很大,推测可能该海区受到长江口羽状流的影响。在连续观测站发现陆源CDOM浓度在低平潮时往往比高平潮时要高。河海水在混合过程中CDOM浓度与盐度呈显著的线性负相关关系。在低盐度的悬沙锋区(S<24)CDOM浓度明显低于理论稀释值,而在较高盐度的羽状锋区,CDOM浓度接近于理论稀释值。在盐度为24~31范围内,大部分水样的荧光指数在1.50上下波动,表明其中CDOM来源以陆地来源为主;在较低盐度(S<24)的水样中荧光指数在1.70至1.90以上,表明CDOM以海洋来源为主,这与其陆源组分在高浊度的低盐度区存在显著的去除过程有关。研究表明,舟山海域水质存在着显著的变异性,与近岸羽状流密切相关,陆源溶解有机质的分布特征对此有较好的响应。     

用三维荧光光谱-平行因子分析法研究长江口南部有色溶解有机物荧光的季节变化

The southern Changjiang River Estuary has attracted considerable attention from marine scientists because it is a highly biologically active area and is biogeochemically significant.Moreover,land-ocean interactions strongly impact the estuary,and harmful algal blooms(HABs) frequently occur in the area.In October 2010 and May 2011,water samples of chromophoric dissolved organic matter(CDOM) were collected from the southern Changjiang River Estuary.Parallel factor analysis(PARAFAC) was used to assess the samples' CDOM composition using excitation-emission matrix(EEM) spectroscopy.Four components were identified:three were humic-like(C1,C2 and C3) and one was protein-like(C4).Analysis based on spatial and seasonal distributions,as well as relationships with salinity,Chl a and apparent oxygen utilization(AOU),revealed that terrestrial inputs had the most significant effect on the three humic-like Components C1,C2 and C3 in autumn.In spring,microbial processes and phytoplankton blooms were also important factors that impacted the three components.The protein-like Component C4 had autochthonous and allochthonous origins and likely represented a biologically labile component.CDOM in the southern Changjiang River Estuary was mostly affected by terrestrial inputs.Microbial processes and phytoplankton blooms were also important sources of CDOM,especially in spring.The fluorescence intensities of the four components were significantly higher in spring than in autumn.On average,C1,C2,C3,C4 and the total fluorescence intensity(TFI) in the surface,middle and bottom layers increased by123%–242%,105%–195%,167%–665%,483%–567% and 184%–245% in spring than in autumn,respectively.This finding corresponded with a Chl a concentration that was 16–20 times higher in spring than in autumn and an AOU that was two to four times lower in spring than in autumn.The humification index(HIX) was lower in spring that in autumn,and the fluorescence index(FI) was higher in spring than in autumn.This result indicated that the CDOM was labile and the biological activity was intense in spring.     

基于GOCI影像的长江口及其邻近海域CDOM遥感反演及其日内变化研究

采用静止轨道海洋水色卫星（GOCI）数据对长江口及其邻近海域有色溶解有机物（CDOM）反演。以QAA-CDOM算法为基础,根据实测数据,利用BP神经网络模型来拟合QAA-CDOM算法中需要针对长江口水体进行优化的悬浮颗粒后向散射系数b_bp与吸收系数a_p的关系,从而准确估算CDOM的浓度。结果表明,反演结果准确度较高,平均相对误差为0.35。基于GOCI日内连续成像的优势,选取2014年3月15日8景GOCI影像,利用优化后的QAA-CDOM-BP算法,对长江口及其邻近海域CDOM的日内变化进行反演和分析,得到的变化规律如下:长江口及其邻近海域的CDOM日变化主要受潮流、长江径流等共同影响。长江口内CDOM浓度在涨潮期高于退潮期,由于受长江冲淡水的作用,CDOM从口外往外海区呈现逐渐递减趋势。     

Optical properties of estuarine dissolved organic matter isolated using cross-flow ultrafiltration

Dissolved organic matter(DOM) from freshwater, mid-salinity, and seawater endmember samples in the Jiulong River Estuary, China were fractionated using cross-flow ultrafiltration with a 10-kDa membrane. The colloidal organic matter(COM; 10 kDa–0.22 μm) retentate, low molecular weight(LMW) DOM(10 kDa) permeate, and bulk samples were analyzed using absorption spectroscopy and three-dimensional fluorescence excitation-emission-matrix spectroscopy. The UV-visible spectra of COM were very similar to those obtained for permeate and bulk samples, decreasing monotonically with increasing wavelength. Most of the chromophoric DOM(CDOM, expressed as the absorption coefficient a355) occurred in the LMW fraction, while the percentage of CDOM in the colloidal fraction was substantially higher in the freshwater endmember(13.4% of the total) than in the seawater endmember(6.8%). The bulk CDOM showed a conservative mixing behavior in the estuary, while there was removal of the COM fraction and a concurrent addition of the permeate fraction in the mid-salinity sample, implying that part of the colloidal CDOM was transformed into LMW CDOM. Two humic-like components(C1: 250, 325/402 nm; and C2: 265, 360/458 nm) and one protein-like component(C3: 275/334 nm) were identified using parallel factor analysis. The contributions of the C1, C2, and C3 components of the COM fraction to the bulk sample were 2.5%–8.7%, 4.8%–12.6%, and 7.4%–14.7%, respectively, revealing that fluorescent DOM occurred mainly in the LMW fraction in the Jiulong River Estuary. The C1 and C2 components in the retentate and permeate samples showed conservative mixing behavior, but the intensity ratio of C2/C1 was higher in the retentate than in the permeate fractions for all salinity samples, showing that the humic component was more enriched in the COM than the fulvic component. The intensity ratio of C3/(C1+C2) was much higher in the retentate than in the permeate fraction for mid-salinity and seawater samples, revealing that the protein-like component was relatively more enriched in COM than the humic-like component. The contribution of the protein-like component(C3) to the total fluorescence in the retentate increased from 14% in the freshwater endmember to 72% for the seawater endmember samples, clearly indicating the variation of dominance by the humic-like component compared to the protein-like component during the estuarine mixing process of COM.     

The conservative and non-conservative behavior of chromophoric dissolved organic matter in Chinese estuarine waters

The spectral absorption properties of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) and their distributions in two Chinese estuaries, the Yangtze River Estuary and the Jiulong River Estuary, were studied during August 2003 (wet season) and during different seasons between 2003−2005, respectively. The CDOM concentrations (a₃₅₅) of fresh end members in the Jiulong River Estuary varied seasonally, while its quality remained relatively stable. However, the a₃₅₅ of the marine end members exhibited less variability. Application of a conservative mixing model indicated that CDOM behaved conservatively in the Yangtze River Estuary. No photobleaching removal was observed at high salinity region of this estuary. Although CDOM showed conservative behavior for many cruises in the Jiulong River Estuary, there was evidence for removal in the low salinity regions during some cruises. Laboratory mixing experiments and a salt addition experiment suggested that particle sorption of CDOM maybe the possible reason for the removal. These results showed that absorption properties of CDOM can be used as a tool to observe the quantitative and qualitative dynamics of DOM during estuarine mixing.     

长江河口盐度锋

根据1988－1991年河口锋面现场调查、上海市海岸带调查及历次标准断面调查资料对长江盐度场及盐度锋进行了分析，提出了由口门至外海纵向上存在着三级锋面现象：内侧锋面即长江河口锋为长江河口水与长江冲淡水的界面；羽状锋是长江口羽状流水与口外混合水的界面，它是长江口最主要的盐度锋面，也是长江口一个重要的生物地球化学带，对河口沉积过程及水下三角洲发育具有重要的影响。外侧锋面即海洋锋，是长江冲淡水的最外边缘。     

厦门湾有色溶解有机物的光吸收特性研究

研究了厦门湾九龙江河口区、西海域、同安湾及东侧水道海水中有色溶解有机物(CDOM)的光吸收特性,分析了CDOM的河口行为,并讨论了CDOM光吸收特性与其荧光性质之间的关系。结果表明,厦门湾表层海水CDOM光吸收系数a(355)的水平分布表现为河口区最高、东侧水道最低、西海域和同安湾介于两者之间,底层水a(355)的分布与表层基本相似,表明陆源河流输入是厦门湾CDOM的主要来源;a(355)的垂直分布为表层高于底层,主要受水文和生物因素控制。厦门湾表层水CDOM光谱斜率S的平均值介于0.014—0.018nm-1,但河口低盐度区S值较小,反映陆源腐殖质的影响。a(355)在河口混合中呈保守行为,表明CDOM具有良好的保守性质。CDOM的吸收系数a(355)与其荧光强度之间表现为较好的相关关系,指示可以用灵敏度更高的荧光方法来研究CDOM的分布和行为。     

长江口及其邻近海域悬浮颗粒物浓度和粒径的时空变化特征

长江口是典型的高浊度河口，长江口及其邻近海域悬浮颗粒物（suspended particulate matter，SPM）浓度跨度大，泥沙过程活跃、复杂。2015年7月9-20日（洪季）和2016年3月7-19日（枯季），使用OBS和LISST分别测定了该区域99个和89个站位的SPM浊度、光衰减系数、总体积浓度、平均粒径和粒径谱等参数；同时通过现场过滤测定了各站位表、中、底3层的SPM质量浓度以及典型站位SPM中颗粒有机碳（particulate organic carbon，POC）的δ13C、颗粒氮（particulate nitrogen，PN）的δ15N以及POC/PN摩尔比值。结果表明，浊度、光衰减系数、总体积浓度等3个参数均与SPM质量浓度显示出了显著的正相关关系。研究区域SPM平均粒径一般表层大于底层、枯季大于洪季；长江淡水端元输出的SPM粒径枯季也明显大于洪季。具有相似粒径谱特征的SPM可以通过测定δ13C和δ15N值来进一步区分其来源和组成。SPM质量浓度和总体积浓度等参数结合还可以计算SPM有效密度，用以了解研究区域SPM的沉降过程。结果表明两个季节SPM有效密度和粒径之间显示出了显著的负相关关系，说明枯季长江输出的SPM由于粒径大、密度小、沉降速度低，加之强烈的垂直混合和口门拦门沙附近的再悬浮，随着环流可能到达研究区域北部的最东端；而洪季长江输出的SPM由于粒径小、密度大、沉降速度高，在口门附近快速沉降。