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。     

基于遥感反演的山东半岛东北部海域悬浮体时空变化规律探讨

基于2003—2018年中分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS)卫星遥感影像资料,结合2018年春季、夏季和冬季大面站悬浮体取样分析结果,构建了表层悬浮体浓度遥感反演模型;在此基础上,分析了山东半岛东北部海域年际和月份表层悬浮体浓度时空分布规律,探讨了表层悬浮体浓度变化的主控因素和水体结构季节变化及其对悬浮体分布输运的影响。结果表明:山东半岛东北部海域表层悬浮体总体呈近岸高远岸低的分布特征,东部成山头区域悬浮体浓度较高且向海扩散较远,西部威海湾及外侧海域悬浮体浓度较低且扩散范围小于东部。研究区悬浮体浓度季节性变化显著但对应季节年度变化较小,冬季悬浮体浓度达到最大,春秋季次之,夏季最低。研究区春季、秋季和冬季表层悬浮体浓度主要受控于北向风浪和潮流,而夏季悬浮体浓度主要受潮流控制。夏季,温跃层阻碍了悬浮体垂向扩散,导致表层悬浮体浓度极低;冬季,研究区东部成山头附近水平分布的弱温跃层虽然会在一定程度上抑制悬浮体的再悬浮,但再悬浮扩散仍是造成研究区高悬浮体浓度的主要因素。山东半岛东北部存在类似"夏储冬输"的特征,海底沉积物再悬浮物质及成山头附近悬浮体的水平扩散是研究区悬浮体的主要来源。     

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。     

基于遥感分析渤海湾冬季表层悬浮体浓度变化规律

渤海湾是三面环陆的半封闭浅水海湾,海底泥沙悬浮与输运对海洋工程与生态环境有重要影响。冬季是渤海泥沙输运、海床冲刷和海底灾害的主要发生季节,但冬季观测(特别是连续观测)难度大,观测资料相对缺乏,研究冬季悬浮体分布与输运规律对海洋生态环境保护和海洋工程维护等具有指导意义,对认识近海物质及能量循环有重要科学价值。本文基于海洋水色卫星GOCI(Geostationary Ocean Color Imager)遥感影像资料,对渤海湾冬季悬浮体浓度进行了长达8年监测,提取2011—2017年冬季(11、12、1、2月)悬浮体浓度(Total Suspended Sediment, TSS)月平均数据,对渤海湾冬季悬浮体分布情况及输运规律进行研究。结果表明,渤海湾冬季的表层悬浮体浓度分布呈现近岸高离岸低、南岸高北岸低的规律,悬浮体浓度的高值区主要分布于黄河口附近以及渤海湾南岸一带,该海域冬季TSS在80mg/L以上,最高可达200mg/L;海河口及辽东湾沿岸流区域各存在一个低值区,悬浮体浓度介于0—40mg/L。冬季大风天气对水体扰动剧烈,导致渤海湾海底泥沙再悬浮,风速与悬浮体浓度存在正相关性。同时,冬季渤海湾沿岸流等环流增强,使黄河口再悬浮的沉积物向渤海湾西部和北部扩散。     

春、秋季黄东海海域悬浮体平面分布特征及海流对其分布的影响

利用2003年春季(4月)和秋季(9月)两次对南黄海及东海北部海域II类水体悬浮体质量浓度的调查资料,得到了本海域近期悬浮体的平面分布特征,并分析了海流对本海域悬浮体分布的影响。结果表明,本海域春季悬浮体质量浓度明显高于秋季;受黄海沿岸流、黄海暖流及台湾暖流的影响,春季苏北浅滩悬浮体呈西北-东南舌状向深海运移,秋季悬浮体以苏北浅滩高值区为中心向外海扩散;长江及杭州湾入海泥沙基本都沉降在123o30′E以西的海域内。     

近岸流系与长江入海悬浮泥沙输移扩散

通过两年较完整的序列 NOAA/AVHRR 数据和实测含沙量资料,利用考虑近岸Ⅱ类水体大气校正的泥沙定量反演算法,获得了较高精度的河口高浓度泥沙遥感反演模式;利用泥沙浓度分级图和反映流系特征的温度图象,系统分析了长江口悬浮泥沙扩散途径、范围及其与近岸流系的关系。影响长江入海悬浮泥沙扩散的近岸流系主要包括台湾暖流、黄海混合水、苏北沿岸流及浙江沿岸流等。冬季,近岸流系比较稳定,其配置状况在一定程度上影响着苏北沿岸泥沙流向长江口的扩散,并制约着入海悬浮泥沙的扩散途径;洪季,长江入海径流量是影响悬浮泥沙扩散的重要因子。同时,长江冲淡水、浙江沿岸流共同形成的冷水区与台湾暖流水之间锋面的强度,也对悬浮泥沙和冲淡水的扩散方向和范围有重要影响;春、秋两季入海悬浮泥沙的扩散型式分别向夏、冬季的分布格局过渡。此外,风应力显著影响着浑水区的扩散方向和范围。风浪掀沙引起的河口泥沙再悬浮,可使近岸泥沙扩散范围增大。     

黑泥湾近岸悬沙分布与扩散变化监测

利用2004年冬季对黑泥湾近岸海域悬浮体调查资料及2个时相的遥感影像,探讨了该海域悬浮体的分布和扩散特征,分析了影响悬浮体分布的主要因素和悬浮体的主要物质来源.结果表明,影响本海域悬沙质量浓度及其分布的主要因素是风浪掀沙和潮流.夏季,近岸悬沙质量浓度高,向海逐渐减少;冬季,悬沙质量浓度近岸低,向海逐渐增大.由于本海域没有大的河流泥沙汇入,悬沙的主要物质来源是沿岸侵蚀、冲沟排沙和海底泥沙再悬浮.     

山东半岛东北部海域悬浮体季节分布及控制因素

基于2018年山东半岛东北部海域冬、夏两季悬浮体浓度、浊度及水温和盐度调查资料,分析了研究区水体悬浮体浓度的季节性变化,探讨了其控制因素。结果表明:夏季浊度在0.2~37.8FTU之间变化,冬季浊度在1.5~100.1FTU之间变化,均表现为底高表低、东高西低的特征。夏季水温分层明显,表现为表层高、底层低的特征,盐度整体无明显变化;冬季温盐垂向上混合均匀,平面上表现为近岸低温低盐水体向远岸高温高盐水体的过渡。悬浮体浓度分布受潮流、波浪、温跃层和温盐锋面等因素影响。夏季,悬浮体垂向上受到温跃层影响,底层悬浮体难以向表层输运;平面上潮混合和波浪差异性作用阻碍了悬浮体的水平输运。冬季,强风浪促使悬浮体垂向混合剧烈,表层悬浮体浓度明显较夏季变高;平面上沿岸流和黄海暖流形成的温、盐锋面阻碍了水团间悬浮体的输运。     

南黄海夏季海水中悬浮体的研究

南黄海夏季表层海水中悬浮体的高值区出现在苏北近岸一带,测得的最高值为7.57mg/L,其次是长江口和调查区的北部.低值区大面积分布在调查区的中部和山东半岛以南,悬浮体含量小于0.5mg/L.远岸的悬浮体垂向分布中有一个极为明显的分层性.在长江口外的悬浮体分布中可看到台湾暖流的影响,它的存在限制了长江入海物质的向东扩散.尽管7月是黄河和长江的丰水期,大量物质被携带入海,但还未能构成悬浮体的主要来源.其主要来源是沉积物的再悬浮,其次才是河流携入的物质,海水中的生物组分居三.现代河流入海物质的影响范围主要是调查区南北两端.在深水区,温度、盐度跃层的形成限制了底层悬浮体向上扩散.海水中物质的运移主要在海水底层进行,以悬浮-沉积-再悬浮-再沉积的方式进行着物质的运移和交换.     

庙岛海峡周边海域表层沉积物再悬浮及悬浮泥沙输运机制

根据实测水文泥沙资料,利用悬浮泥沙沉降公式、泥沙起动流速公式、再悬浮通量与沉降通量公式以及通量机制分解方法,分析了庙岛海峡周边海域的悬浮泥沙时空分布和变化特征,计算了再悬浮通量、沉降通量、单宽悬浮泥沙输运量,探讨了表层沉积物再悬浮和悬浮泥沙运移特征及动力机制。结果表明,悬浮泥沙浓度周期变化与潮流流速周期变化具有较好的相关性,底层悬沙浓度变化对高流速的响应比较明显,表层悬沙浓度变化对低流速响应比较明显;悬浮泥沙单颗粒沉降现象不明显,除庙岛海峡外其他海域较适合悬浮泥沙絮凝沉降,并以中、底层絮凝沉降为主,且表现出自表层至底层絮凝沉降作用逐渐加强趋势;表层沉积物再悬浮对近岸浅水区、庙岛群岛周边海域水体悬浮泥沙浓度的影响显著于其他海域;悬浮泥沙输运整体以平流输运为主,垂向净环流为辅,庙岛海峡南侧向黄海输沙、北侧向渤海输沙,二者同时进行,悬浮泥沙净输运主要由水道向两侧浅滩。     

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。     

南黄海西北部夏季潮锋的观测和分析

根据2001-2004年逐年6月多学科综合调查资料和同期NASA的MODIS/Terra卫星遥感SST资料,对南黄海西北部夏季潮锋的不连续分布现象做了分析;并通过三维潮流数值模式计算Simpson-Hunter参数(以下简称S-H参数)分布,对不连续分布的形成机制做了讨论.层化季节南黄海西北部的苏北浅滩-海州湾外侧和山东半岛东部的成山头-石岛外海存在显著潮锋现象,而在两海域之间、青岛以东的山东半岛南部121°~122°E的近岸海域无显著潮锋持续存在;较高分辨率的潮流数值模拟的结果表明潮锋的不连续性分布主要是由潮混合和地形的共同作用而形成.潮锋不连续处海域潮混合较弱,层化现象更为显著.南黄海西北部底层锋形态较为显著,位于通过潮流模式计算的Simpson-Hunter参数1.8~2.4之间,与2.2等值线分布较为一致;表层锋则在海州湾外侧和石岛沿岸海域较为明显.潮锋不连续的分布特征对该海域的生态环境造成一定的影响,叶绿素a、中华哲水蚤、鳀鱼卵子等的数量分布都在潮锋显著的苏北浅滩-海州湾外侧和成山头-石岛外海海域形成较为密集的分布.     

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。     

山东半岛沿岸流强度与悬浮体时空变化特征

基于2014-2018年NOAA/AVHRR遥感数据，在山东半岛海域选取6条剖面，结合海表温度和表层悬浮体的时空变化特征，详细研究了山东半岛沿岸流的年周期变化规律与移动路径。研究结果表明，山东半岛沿岸流年周期变化可分为4个阶段：成长期（10-12月）时开始形成于黄河口附近，沿莱州湾南部向东运移；强盛期（次年1-3月）时山东半岛沿岸流完全成型，扩散带最宽，鼎盛时期北部可以至38°N附近，东部可以至123°E附近，在35°～36°N附近分成NE-SW向的2个分支，主干部分最远可到达胶州湾东部海域，余流沿岸向西南方向转折；衰退期（4-6月）时沿岸流强度减弱，只在山东半岛北部和东部小范围内有微弱的显示；消亡期（7-9月）时基本消失。山东半岛沿岸流在冬季时对悬浮体扩散具有强烈的驱动作用，使其在黄河口南侧与山东半岛北岸-成山头东部海域分别形成呈“弧形”和“条带状”分布的2个高浓度区域。     

利用Landsat卫星影像研究浙闽地区表层悬浮体的分布和迁移

基于2007年2月和2015年6月的东海悬浮体浓度数据,分别对2007年2月、7月的Landsat Thematic Mapper(Landsat-TM)和2014年12月、2015年6月Landsat Operational Land Imager(Landsat-OLI)卫星影像建立表层悬浮体浓度反演模型,发现建立的指数函数模型反演效果最佳,相关系数分别为0.971和0.856,其可以反映冬夏两季表层悬浮体分布特征及其控制作用。研究发现,浙闽沿岸海域表层悬浮体浓度呈近岸高远岸低、冬季高夏季低的特点;冬季浙闽沿岸流携带的表层悬浮体浓度范围为10~28mg/L,台湾暖流为1.5~5mg/L;夏季浙闽沿岸流携带的表层悬浮体浓度范围为4~22mg/L,台湾暖流为1.2~2.3mg/L。并且在冬季发现在40m水深海域存在较明显的表层悬浮体浓度次级锋面及一系列涡旋,而夏季不明显,推测冬季悬浮体对现代浙闽涡旋泥质区形成有所贡献。     

基于遥感反演的莱州湾悬沙分布及其沉积动力分析

选用1986-2004年不同时期的LandsatTM/ETM+影像,利用2004年黄河口附近实测数据推导的表层悬浮泥沙浓度反演模型,结合水文气象资料、多年水深数据和极端天气数模结果,研究了莱州湾西南近岸海域表层悬浮泥沙分布特征,结果表明,受黄河丰枯水期的影响,莱州湾西南部海域悬浮泥沙高浓度区主要分布于黄河口附近海域和西南沿岸,其枯水期的覆盖范围一般大于丰水期的。受潮流高流速场控制,黄河口外悬沙浓度高值区与海底泥沙堆积区对应较好,泥沙主要来源于陆源输沙和泥沙再悬浮;在西南近岸浅海区悬沙浓度高值区主要形成于泥沙的再悬浮,在近岸出现轻微冲刷。风等其他海洋动力因素,一般情况下对悬浮泥沙扩散的程度和范围具有一定的影响作用,但悬沙受潮流场影响而形成的总体扩散趋势未发生改变;极端条件下,风暴潮流使莱州湾西南部近岸浅海区的悬浮泥沙浓度显著增加。     

小清河河口海域冬季悬浮体特征

利用2007年1月对小清河口附近海区悬浮体和沉积物调查的数据，分析了小清河口海域冬季悬浮体的空间分布和粒度特征，探讨了悬浮体与海底表层沉积物的关系，并对其来源进行了初步分析。结果表明，悬浮体浓度和粒度特征空间分布不均，但有一定的规律性，并与海底表层沉积物之间存在着密切的联系；结合已有研究资料综合分析认为，河道内悬浮体主要来源于河流输移、河道两侧潮滩物质输送，而河口附近海域悬浮体主要源于近岸浅滩和海底表层沉积物的再悬浮和搬运。     

春季黄海海域颗粒有机碳的分布特征及影响因素

依据2010年4～5月黄海的现场调查资料,分析了黄海颗粒有机碳(Particulate organic carbon,POC)的分布特征及影响因素。结果表明,2010年春季黄海POC浓度范围为78.11～9 189.00μg/L,平均浓度为(413.59±794.23)μg/L;北黄海和南黄海POC分布都呈现表层低、底层高的垂直分布特征和近岸高、远岸低的平面分布特征。其中,北黄海POC的高值区南部近岸水体,主要受陆源输入的影响,北黄海POC的低值区主要位于其中部表层水体,主要由于浮游植物现场生产受限所致;南黄海POC高值区主要位于受沿岸流和陆源输入影响显著的苏北沿岸,底层高值主要与浮游植物碎屑沉降和沉积物再悬浮有关,低值区主要集中在南黄海中部海域,亦由于浮游植物现场生产受限所致。PN的分布趋势和影响因素与POC相一致。     

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。     

黄海潮生陆架锋的数值模拟研究

采用海洋三维热结构及环流模式,模拟了黄海在Ｍ２潮流混合作用下,夏季温度的分布和变化特征。从数值研究的角度,对黄海陆架水域的海洋锋现象,诸如苏北浅滩外、山东半岛东端、大连、木浦水域的锋面以及锋面沿岸一侧的表层冷水区的成因及分布进行了探讨,模拟结果再现了黄海陆架锋的潮生性质。