黄海夏季水域沉降颗粒物垂直通量的研究

20 0 2年 8月 ,沿穿过黄海冷水团的青岛至济州岛断面 ,在 4个站位放置沉积物捕获器采集沉降颗粒物。镜检发现无机颗粒物、生物粪球以及混杂聚合体是本断面沉降颗粒物主要类型。测定结果显示沉降颗粒物中的颗粒有机碳 (POC)、颗粒有机氮 (PON)、颗粒碳 (PC)、颗粒氮 (PN)和颗粒磷 (PP)的百分含量均呈现从表层到底层逐渐下降的趋势。采用两个改进的模型对底层颗粒物再悬浮比率进行了计算 ,显示黄海海域夏季底层沉降颗粒物再悬浮比率为 90 %— 96%,表明底层沉降颗粒物主要来源于沉积物的再悬浮。两模型所得结果一致 ,证明用温跃层底部颗粒物沉降通量代表水体中颗粒物净沉降通量的假设是合理的。水体中颗粒物、POC及PON的净沉降通量 (±SE)分别为 ( 1 2 65± 3 5 5 )g/(m2 ·d)、( 0 2 9± 0 0 4 )g/(m2 ·d)和( 0 0 6± 0 0 1 )g/(m2 ·d)。     

桑沟湾夏、秋季悬浮颗粒物的沉降通量及再悬浮的影响

应用锚式悬挂沉积物捕捉器法,研究了我国北方重要海水养殖区域桑沟湾悬浮颗粒物沉降通量的分布特征,并通过金属Al标记法,同步测定了沉降颗粒物再悬浮比率。结果表明,桑沟湾的底层悬浮颗粒物(SPM)、颗粒有机碳(POC)、颗粒态总氮(PTN)和颗粒态总磷(PTP)平均表观沉降通量分别为1 511.4g/(m2·d)、20.01g/(m2·d)、1.497g/(m2·d)和0.474g/(m2·d),显著高于我国其他近岸海域,但底层沉降颗粒物再悬浮比率平均值高达92.8%,认为在养殖内湾,受再悬浮程度的影响,测得的底层表观沉降通量是中层的2.7倍,秋季明显大于夏季,海带和扇贝养殖区大于牡蛎养殖区。经再悬浮比率校正后的净沉降通量,仍存在着显著的空间和季节变化,但受控因素发生了根本转变;这主要表现为净沉降颗粒物质主要源于生物代谢活动强烈中上层水体,贝类的排泄作用使牡蛎和扇贝养殖区的净沉降通量显著大于海带养殖区,养殖贝类个体增大、排泄量增加使秋季净沉降通量高于夏季。在我国近岸海域,再悬浮作用的影响,会对该区域悬浮颗粒物沉降通量的估算带来巨大误差,因此该作用不容忽视。     

东海秋季典型站位沉降颗粒物通量

2002年9月在东海的长江口、中陆架区和浙江近岸上升流区三个站位放置沉积物捕获器采集沉降颗粒物。在对颗粒有机碳(POC)、颗粒有机氮(PON)和总颗粒碳(PC)元素分析基础上,采用颗粒物通量模型对沉降通量进行了研究。镜检发现细小无机颗粒物和大颗粒聚合体是三个站位沉降颗粒物的主要形式。大颗粒聚合体有住囊类、粪球聚合体、硅藻聚合体和混杂聚合体四种类型。研究结果显示,东海中陆架区和浙江近岸上升流区沉降颗粒物中POC、PON和PC的百分含量均呈现随水深增加明显降低的趋势,但在长江口,这些成分的含量低且上下均匀。长江口观测到的是大风后的一个实例,存在强烈的再悬浮,各水层颗粒物沉降通量平均(±SE)高达(319.02±65.33)g/(m2.d),尽管如此,沉降颗粒物有机态C/N值却很高(18.0±0.9),明显受陆源颗粒物的影响。POC净沉降通量在浙江近岸上升流区为961mg/(m2.d)(水深55m),在东海中陆架区为123mg/(m2.d)(水深88m),可见浙江近岸上升流区是POC向海底转移的重要区域之一,其垂直转移能力明显高于东海中陆架区。在上升流区域和中陆架区,POC的输出比率大约分别为48%—77%和15%—21%。浙江近岸上升流区和东海中陆架区底层颗粒物再悬浮比率分别为66.50%和88.52%。研究显示,浙江近岸上升流区的水体底层颗粒物受底部平流的影响比东海中陆架区相对较强。     

黄河口埕岛海域悬浮沉积物沉降规律原位观测北大核心CSCD

运用时间序列沉积物捕获器,原位捕获了黄河口埕岛海域某观测点的沉降沉积物,并结合同步的波浪、海流、水深等水动力参数观测以及后续土样粒径分析等研究手段,计算了沉降通量,推断了沉降沉积物的来源,并结合理论计算探讨了悬浮沉积物沉降过程的影响因素以及沉降量在再悬浮量中所占的比例。研究结果表明:黄河口埕岛海域的悬浮沉积物沉降通量约为120~280g·m^(-2)·d^(-1),与该海域的再悬浮通量有着很好的正相关关系,推测很可能主要来源于海底沉积物的再悬浮;在该海域,即使过剩剪切力持续大于0,悬浮沉积物仍然会发生沉降,并且可以大于过剩剪切力小于0时的沉降量,推测与该地区粉质土海床的液化特性有关;再悬浮沉积物大约有5%发生原位沉降,绝大部分沉积物保持悬浮或者被输运至异地,这与该地区海底遭受强烈侵蚀的现象相一致。     

黄河口埕岛海域悬浮沉积物沉降规律原位观测

运用时间序列沉积物捕获器,原位捕获了黄河口埕岛海域某观测点的沉降沉积物,并结合同步的波浪、海流、水深等水动力参数观测以及后续土样粒径分析等研究手段,计算了沉降通量,推断了沉降沉积物的来源,并结合理论计算探讨了悬浮沉积物沉降过程的影响因素以及沉降量在再悬浮量中所占的比例。研究结果表明:黄河口埕岛海域的悬浮沉积物沉降通量约为120~280g·m~(-2)·d~(-1),与该海域的再悬浮通量有着很好的正相关关系,推测很可能主要来源于海底沉积物的再悬浮;在该海域,即使过剩剪切力持续大于0,悬浮沉积物仍然会发生沉降,并且可以大于过剩剪切力小于0时的沉降量,推测与该地区粉质土海床的液化特性有关;再悬浮沉积物大约有5%发生原位沉降,绝大部分沉积物保持悬浮或者被输运至异地,这与该地区海底遭受强烈侵蚀的现象相一致。     

南海表层沉积物与水柱中沉降颗粒物对比研究及其古环境再造意义

分析了南海62个表层沉积物样品中生源(有机质、碳酸钙和蛋白石)和非生源(岩源物质)组分的含量变化和分布特征,并以沉积学分区为基础,结合5个沉积物捕获器站位,将南海划分为N、C-NE、SW和S 4个区域,对比分析了各区表层沉积物和水柱中沉降颗粒物中各组分含量、沉积通量分布特征和变化,探讨了表层沉积物的输出生产力、沉降颗粒物的初级生产力及真光层下100 m输出生产力三者之间的对应关系.结果显示:南海4个海域表层沉积物中各组分平均含量多数低于沉降颗粒物中的平均含量,而碳酸钙、岩源物质的沉积通量却多数高于沉降颗粒物中的沉积通量,分析得出表层沉积物中各组分平均含量和沉积通量不仅受水柱中各组分输出量影响,还受到陆源物质输入、溶解作用和上层水体营养盐影响.南海表层沉积物中生源组分沉积通量大小对应其输出生产力的大小.但是,由于陆源有机质、生源颗粒侧向漂移的影响,表层沉积物的输出生产力大小分布并不完全对应沉降颗粒物的初级生产力大小分布,尽管南海真光层下100 m输出生产力与沉降颗粒物的初级生产力比值与世界大洋"f"比平均值基本一致,但是,明显低于表层沉积物的输出生产力大小,只有在沉降颗粒物的初级生产力较高区域,真光层下100 m输出生产力大小才最接近表层沉积物的输出生产力大小.     

台湾海峡南部、罗源湾和厦门港颗粒垂直通量研究

采用自行设计和制作的沉积物捕获器分别在台湾海峡南部的两个站位福建罗源湾大官坂垦区和厦门港进行了现场投放,得到迁出真光层的颗粒物通量分别为1.14,0.933,11.9和81.5g/m~2·d;颗粒有机碳通量分别为73.8,98.5,5054和856mg/m~2·d。上述海域沉降颗粒的通量不同,性质上也有所差异。     

南极普里兹湾外海沉降颗粒物通量、组成变化及其与罗斯海对比研究

在南极普里兹湾外开阔海域布放时间系列沉积物捕获器,研究沉降颗粒物中生源组分(生物硅、有机质、碳酸钙)通量、组成、来源及元素的摩尔比值的生物地球化学意义,结果表明Ⅲ-1+站在1000m处颗粒物总通量的变化为13.00~334.59mg/(d·m2),颗粒物中以生物硅为主,占总通量的80%以上;各组分通量呈现明显的季节性变化.结合罗斯海沉降颗粒物通量和元素的摩尔比值的对比研究表明,研究海域1000m深的沉降颗粒物中生物硅与有机碳元素摩尔比值、无机碳与有机碳的元素摩尔比值较高,表明研究海域生物硅与有机碳生物地球化学循环过程是非耦合的,生物活动有效地将CO₂由表层水中移出.     

广西钦江河口枯季水动力特征及其对冷空气的响应

河口作为陆海相互作用的关键带,是河流入海泥沙及污染物的主要归宿地。钦江作为广西第二大河流,在茅尾海资源开发利用和生态环境保护与修复中发挥着重要作用。为进一步认识钦江河口地区的沉积动力过程,2021年10月27日至12月8日在此展开水动力和水体环境要素的连续观测。现场观测与分析结果表明,观测期间钦江河口潮汐类型为正规全日潮,浅水分潮显著,平均潮差为3.07 m,具有落潮优势;潮流以全日分潮流为主导,平均流速为0.12 m/s,运动形式主要为往复流;余流流向主要为西南方向。钦江河口潮汐和潮流性质较外湾和茅尾海中部海域全日潮特征更显著。枯季期间河口表层沉积物随潮汐运动表现为侵蚀-沉降交替的变化规律,垂向上侵蚀通量大于沉降通量,水平方向上悬沙净向海输运。冷空气过境带来的降雨使得钦江河口水体盐度降低、浊度增大,悬沙浓度及输沙量增加,同时冷空气南下时北风增强引起钦江河口减水效应并使潮差略有增加,水动力强度增大,增加表层沉积物的活动性,从而引起底部沉积物再悬浮强度和频率增加。     

赤道印度洋中部沉降颗粒物的季节变化特征及调控机制研究

基于2020年1—12月在赤道印度洋中部海域获取的沉积物捕获器时间序列样品,分析了沉降颗粒物与颗粒有机碳（particulate organic carbon, POC）通量的季节变化特征,并结合卫星遥感、数值模式及再分析数据探究上层物理过程对生物泵输出通量的调控作用。结果表明,2020年赤道印度洋中部海域的沉降颗粒物总通量与颗粒有机碳通量的变化范围分别为4.57~35.75 mg/(m2·d)\[(18.94±10.18) mg/(m2·d)\]和0.27~2.97 mg/(m2·d)\[(1.09±0.66) mg/(m2·d)\],两者均呈现显著的季节变化特征。总体上,1—3月、6月和9—11月呈现出3个显著的高通量事件。通过分析发现混合层深度变化与营养盐跃层波动的耦合作用可能是调控中深层通量变化的主要原因。与此同时,西南季风流（Southwest Monsoon Current, SMC）与赤道Wyrtki急流生消也可能通过改变温跃层或营养盐跃层深度对沉降颗粒物通量强度和季节变化起调控作用。     

长江口北支悬沙浓度在潮周期内和大小潮周期尺度的变化特征及输运研究

Profiles of tidal current and suspended sediment concentration(SSC) were measured in the North Branch of the Changjiang Estuary from neap tide to spring tide in April 2010. The measurement data were analyzed to determine the characteristics of intratidal and neap-spring variations of SSC and suspended sediment transport. Modulated by tidal range and current speed, the tidal mean SSC increased from 0.5 kg/m3 in neap tide to 3.5 kg/m3 in spring tide. The intratidal variation of the depth-mean SSC can be summarized into three types: V-shape variation in neap tide, M-shape and mixed M-V shape variation in medium and spring tides. The occurrence of these variation types is controlled by the relative intensity and interaction of resuspension, settling and impact of water exchange from the rise and fall of tide. In neap tide the V-shape variation is mainly due to the dominant effect of the water exchange from the rise and fall of tide. During medium and spring tides, resuspension and settling processes become dominant. The interactions of these processes, together with the sustained high ebb current and shorter duration of low-tide slack, are responsible for the M-shape and M-V shape SSC variation. Weakly consolidated mud and high current speed cause significant resuspension and remarkable flood and ebb SSC peaks. Settling occurs at the slack water periods to cause SSC troughs and formation of a thin fluff layer on the bed. Fluxes of water and suspended sediment averaged over the neap-spring cycle are all seawards, but the magnitude and direction of tidal net sediment flux is highly variable.     

杭州湾枯季水沙若干特征分析

根据2014年1月及2017年2月杭州湾大、小潮水沙资料,计算了流速、含沙量、单宽潮量、单宽输沙量,进而分析了潮周期断面净潮量、净输沙量和区域冲淤分布。研究发现杭州湾涨、落潮平均流速比值整体较20世纪八九十年代增大,绝大部分区域大于1.0,涨潮流相对增强,澉浦南岸和金山北岸尤为显著。含沙量平面上分布澉浦、杭州湾南岸两个高值区(大潮大于3 kg/m³,小潮大于1.3 kg/m³)以及北岸湾口至乍浦之间的低值区(大潮小于2 kg/m³,小潮小于0.9 kg/m³),随潮汛变化显著,最大含沙量浓度通常滞后于急流时刻。各测站涨、落潮量和输沙量呈现“大涨大落”和“大进大出”的特征,造成杭州湾短时间尺度内的“大冲大淤”。大潮两涨两落金山与乍浦、乍浦与澉浦之间区域净输沙量可达几千万吨,净冲淤则在几百万吨。     

长江口北槽抛泥流速和悬沙浓度时空分布观测

河口泥沙运动有其独特的规律,需要采用高分辨率的观测手段进行系统的现场观测,以此发现河口流速和泥沙分布结构,进而探讨其形成机制,应用声学多普勒流速剖面仪和声学悬浮泥沙观测系统,通过定点和走航式观测长江河口不同潮型和流态下流速和悬浮泥沙浓度时空分布发现:(1)不同潮型出现高浓度“事件”的次数和成因存在差异,中潮型出现高浓度“事件”的可能性最大;(2)抛泥泥沙浓度垂向分布至少有3种结构类型,即上小下大的“L”型、指数型和上大下小的“漂浮”型;(3)受抛泥泥沙输移的影响,断面流场形成低流速区,它们的强度随落潮流的扩散逐渐减弱;(4)不同潮型的落潮流表现出不同的输移行为,大、小潮型落潮流偏北,中潮型落潮流偏南;(5)在落潮流和颗粒重力共同作用下抛泥泥沙同时存在输移扩散和沉降过程,小潮型抛泥泥沙主要就近扩散和沉降,中潮和大潮型抛泥泥沙输移扩散范围较远。     

ASM-IV仪器在河口近底层悬沙浓度观测分析中的应用研究

近底层悬沙时空变化对于理解河口冲淤变化有着至关重要的作用。然而,长期以来河口近底层水体悬沙浓度的连续变化大都是基于单点观测数据或水样处理获取。基于此,本研究利用光学仪器边界层悬浮物剖面测量仪(Argus Surface Meter IV,ASM-IV)获得长江口南槽近底层进行连续10 d的实测数据,探讨ASM-IV仪器监测悬沙浓度精度的有效性。结果表明:(1)传统仪器布设方法所获取的数据,相对误差高于基于ASM-IV所测误差,在大、中及小潮期间的平均误差值分别为24.15%、17.31%和16.18%;越靠近底部河床,相对误差从距底52 cm向下随距底距离的减小而逐渐增大;(2)对于近底层单宽悬沙通量测量结果而言,传统测量仪器布设方法所测量数值一般偏小;(3)大潮时期近底层1 m内的水体悬沙分布均匀,分层不明显;在中、小潮时期,与近底层1 m内平均悬沙浓度相差最大的点皆位于距底20~50 cm附近。因而,近底层悬沙浓度测量时间在大潮时期或越靠近底层,利用ASM-IV监测近底层悬沙浓度值更为准确。中、小潮时期利用单点或采集水样测量时,选取0.8H层水体悬沙浓度代替近底层悬沙浓度较最底部水体悬沙浓度更为准确。     

长江口崇明东滩水域悬沙粒径组成和再悬浮作用特征

根据2006年10月在崇明东滩潮间带和潮下带两个站位的大小潮水文泥沙观测资料和悬沙水样的室内粒度分析资料,对悬沙粒径的时空分布特征及其与流速等的关系进行了分析,并对再悬浮特点进行了探讨,结果表明,大小潮期间的悬沙颗粒组成较细,平均粒径的均值仅为6μm;大潮时的悬沙粒径略粗于小潮的,潮间带的略粗于潮下带的;由底床向上悬沙粒径趋于减小。悬沙粒径与流速、悬沙含量无明显的统计学关系,底质粒径、再悬浮强度和再悬浮泥沙粒径的空间变化以及浮泥的悬浮作用等是主要的影响因素。由于底质粒径的空间分布复杂,在东滩水域再悬浮具有明显的空间变化。在底质平均粒径大于60μm的粗颗粒沉积区,大小潮的再悬浮作用微小,底质以推移质运动为主。在底质平均粒径介于5~11μm的细颗粒沉积区上,悬沙级配与底质级配基本相同,该区域是再悬浮的主要发生源地;悬沙级配的变化过程揭示,再悬浮对底层悬沙的贡献率平均为8%~20%,大潮时的再悬浮强度是小潮的5~10倍,由底质再悬浮产生的悬沙在底部水层中的平均含量约为0.03~0.47 kg/m3。     

Rare earth elements and Opal/CaCO<Subscript>3</Subscript> ratio of sinking particles observed with a time-series sediment trap at the mouth of Tokyo Bay

A time-series sediment trap was deployed from December 1994 to February 2002 at the mouth of Tokyo Bay (35°03′ N, 139°40′ E; water depth, 850 m). Sinking particles were obtained with a time interval of one week at a depth of approximately 100 m above the sea floor. Observed total mass fluxes varied from 3.3 to 226.7 g/m²/day with an average of 28.0 g/m²/day. Concentrations of rare earth elements, Al, Ca and Si in particulate materials were measured. The combustible fraction at 450°C is assumed to be equivalent to the organic matter content. Contents of biogenic materials, namely organic matter, opal and calcium carbonate, were about 30% and the content of lithogenic material was about 70%. Using La/Yb ratios of particles from the sediment trap and Tama-gawa River and surface sediment of Tokyo Bay, it was estimated that about 50% of the lithogenic particles collected in the sediment trap at the mouth of Tokyo Bay originated from resuspended surface sediment in Tokyo Bay. An increasing trend of Opal/CaCO₃ ratio in the sinking particles was found in the spring season. It is suggested that the relative increase of diatoms is due to the decreasing dissolved inorganic nitrogen input into Tokyo Bay.     

长江口北槽口外悬沙浓度垂线分布的数学模拟

利用垂向一维悬沙运动模型,对长江口北槽口外大、小潮悬沙浓度垂线分布进行模拟,模拟结果同“六点法”实测值拟合较好,表明影响悬沙浓度垂线分布的主要因素为悬沙垂向扩散及絮凝沉降作用。     

海州湾水流紊动强度和含沙量对沉降速度的影响研究

选取海州湾近岸潮流和含沙量实测资料，分析水体紊动强度与含沙量对近岸絮凝体沉降速度的影响，提出了新的沉降速度确定方法。研究表明：淤海州湾近岸泥沙沉降速率大部分在 0.05 ~ 2.50 mm/s 之间，潮周期内泥沙絮凝体的沉降速度 有明显变化。于含沙量较小时，泥沙絮凝体的沉降速度基本随含沙量的增加而增加；含沙量较大时，含沙量与沉降速度呈现出负相关，无论是大潮还是中潮，当含沙量达到 0.7 kg/m3左右时，絮团沉降速度最大，而随着含沙量的增大，絮团沉降速度开始减小。盂在涨落潮垂线平均流速最大时刻，紊动强度达到峰值，含沙量较低时，随着紊动强度增加，沉降速度也随之增加，大潮期间紊动强度对泥沙沉降速度的影响高于中潮。榆新的泥沙沉降速度计算公式不仅考虑了含沙量，还计入了紊动强度 G，大大提高了沉降速度计算值与实测值的相关性。     

崇明东北潮滩泥沙输运过程的研究

潮滩泥沙的输运过程是河口近岸泥沙输运的重要组成部分,也是诊断潮滩侵蚀-淤积的重要动力指标,特别是在地貌演变过程显著的区域更具指示意义。本研究选择长江口崇明岛东北部潮滩,在2018年3月30日—4月10日进行三脚架多参数观测,获取了高分辨率的流速、含沙量等剖面数据,运用机制分解法分析了连续21个潮周期的泥沙输运过程。结果表明:崇明东北侧潮滩观测站位的含沙量从观测开始至大潮阶段不断增大,在此期间底部含沙量也出现了最大值(7.82 g·L~(-1))。大潮过后直到小潮期间含沙量逐渐减少;观测站位单宽净输沙量有着明显的潮周期差异,从数量上看,大潮期间的单宽净输沙量为1.61×10~4kg·m~(-1),中潮期间为8.28×10~3kg·m~(-1),均远远大于小潮期间的单宽净输沙量,从方向上看,则具有大潮和小潮向口内,中潮向口外的泥沙净输运方向差异;大潮和中潮内的单宽输沙率均大于0.17 kg·m~(-1)·s~(-1),远大于小潮时的单宽输沙率。对各项输沙机制的结果分析来看,"潮泵效应"对输沙量的贡献最大,平流输运次之,而由于水深较浅,垂向环流对输运量影响较小。在观测期间出现了显著的从潮滩向主槽的泥沙输运。总体上看,潮滩泥沙输运过程指示了显著的向口内和主槽的泥沙输运,是北支河口区域泥沙淤积的重要来源。