九龙江河口区水体溶解氧的垂直分布和时间变化特征

海水的溶解氧含量是海洋中所发生的生物和化学过程的一种灵敏指标,也是判别水团和海洋环境质量评价的重要指标。现场海水的溶解氧含量受大气、生物,化学及各种物理过程影响,其分布变化具有区域性和季节性,而河口区水体的更为明显。本文据1980年10月至1981年10月九龙江河口区八个航次的调查资料,讨论该海区水体溶解氧含量及氧饱和度的垂直分布和时间变化特征。文中春、夏、秋和冬分别以4、8、10和2月为代表。     

海水成分知多少

正海水是一种化学成分非常复杂的混合溶液,为什么海中能有大量动植物生存?海水的成分是关键!首先,海水中有溶解的气体存在,其中最重要的就是溶解于海水中的分子态氧——溶解氧。溶解氧是海洋生命活动中不可缺少的物质,主要来源于大气和浮游植物的光合作用。水中溶解氧的含量与大气压力、水温以及含盐量等因素有关。大气压力越大、水温越低、盐度越小,则溶解氧含量越高,反之则越低。在浮游生物生长繁殖的海域,表层海水的溶解氧含量不但昼夜不同,而且因季节而异,加上海流等因素的影响,使海洋中的溶解氧具有明显的垂直分布和区域分布特征。     

海水溶解氧

海水溶解氧主要来源于大气中氧气的溶解和海洋植物光合作用所产生的氧。它的含量变化与海水中生物过程及水文条件等有密切关系。它的分布特点有时是海水运动的一个标志。 本区北部受黄海冷水团影响,西北部受苏北沿岸流及长江径流影响,东南部受黑潮、水和西南部受台湾暖流影响。由于不同水系的影响,使溶解氧分布有一定的规律性。本文将分别讨论溶解氧的空间和时间分布特征。     

大沽河口底层海水溶解氧浓度分析

大沽河是胶州湾入海径流量最大的河流,对其入海口海水溶解氧含量进行分析可以衡量水质的好坏,为大沽河污染治理效果提供依据。本文基于2016年11月6日—2017年6月20日期间大沽河口底层海水温度和溶解氧浓度等数据,对其底层海水溶解氧浓度的时间变化特征及影响因素进行了分析,并对水质进行了评估。结果表明,观测期间大沽河口海水溶解氧浓度以季节变化为主,秋季至冬季升高,冬季至夏季降低,其中1月平均值最高,约为11.86 mg/L,6月份最低,约为6.17 mg/L。影响大沽河口海水溶解氧浓度变化的主要因素是海水温度,溶解氧浓度随着温度的季节性变化而变化。在大风天气的影响下,溶解氧浓度在秋季末至春季初期出现了过饱和的现象。大沽河口底层海水溶解氧浓度受到潮汐作用的影响存在半日周期和日周期的变化特征。在观测期间大沽河口不存在溶解氧浓度低于二类水质标准的现象。     

威海市天鹅湖海洋牧场底层海水溶解氧浓度时间变化特征

依据威海市天鹅湖海洋牧场2016年7—10月海洋生态环境海底有缆在线观测系统的长期连续观测数据,研究了该牧场底层海水溶解氧浓度的时间变化特征,并探讨了其可能的影响因素。结果表明:观测期间海水溶解氧浓度平均值为6.65mg/L,呈先下降后上升的变化趋势,月平均值最小为6.36mg/L,出现在9月。溶解氧月浓度标准差呈先减小后增大的变化趋势,而溶解氧日浓度标准差总体变化趋势与月浓度标准差相反。底层海水基本上处于不饱和状态,月均溶解氧消耗量在观测期间逐月增大。海水温度是影响溶解氧浓度变化的主要因素。7月1日至8月24日期间,牧场海域存在季节性温跃层。7月1日至17日与8月11日至24日期间,溶解氧浓度下降可能受季节性温跃层和海水温度上升的共同影响;7月18日至8月1日期间,溶解氧浓度变化不受季节性温跃层控制。大风过程会增强表、底层海水交换,使溶解氧浓度上升。月均溶解氧浓度日变化均表现出双峰双谷的特征,与月均水深日变化对比, 7—8月0—13时无显著正相关性, 7—8月1—23时及9—10月相位变化基本一致,涨潮时海水溶解氧浓度升高,而落潮时降低,说明研究区域外海水溶解氧浓度很可能高于近岸,而潮流输运过程使得近岸海水溶解氧浓度随潮汐过程变化。     

第二节 海水pH

海洋是一个多组份的巨大的pH缓冲体系。由于多元酸盐及弱酸盐的水解,海水呈弱碱性,并使其维持在7.50—8.40pH之间,其数值的高低主要取决于CO_2系统的平衡关系: CO_2+H_2O(?)H_zCO_3(?)H+HCO_3+2H~++CO_3~(-2)其他弱酸盐及多元酸盐的水解平衡对海水pH值亦有影响,但在一般情况下不起主要作用。在河口港湾区,水体pH的变化除受弱酸盐及多元酸盐水解平衡影响外,还受大陆径流、人类活动、潮汐运动及水生生物活动等的影响,因此其pH的变化一般较大洋的大且复杂。     

刘公岛海洋牧场底层海水溶解氧浓度的变化特征

由于缺乏长期观测资料,前人对山东半岛邻近海域海水溶解氧的时间变化和空间分布特征的研究较少。本文基于威海刘公岛海洋牧场于2016年7月20日至2017年3月14日期间,利用生态环境实时在线观测系统获得的底层海水的温度、盐度、水深、溶解氧数据,分析了该牧场海水溶解氧浓度的时间变化特征及其影响因素,并探讨了低氧灾害发生的可能性。结果表明在观测期间,该牧场海水溶解氧浓度以季节变化为主,冬季最大、夏季最小,其中2月份平均值最高,约为10.86mg/L,8月份平均值最低,约为5.91mg/L。同时海水溶解氧浓度也存在显著的小时变化和日变化,且变化幅度于8月份最大、3月份最小。影响海水溶解氧浓度变化的主要因素是海水温度,溶解氧浓度随着温度的季节性变化而变化。夏季,水体分层会使溶解氧浓度发生大幅度的降低,大风过程对于溶解氧浓度也有一定的影响,通过打破夏季的季节性温跃层使水体发生垂向混合从而为海底提供氧气,但大风过程之后的几天会出现溶解氧浓度降低的现象。本次研究发现刘公岛海洋牧场在观测期间不存在低氧现象。     

西港海洋牧场底层海水溶解氧浓度时变特征

利用海底有缆在线观测系统获得的连续实时观测数据，研究了2016年6月2日至10月22日期间威海市西港海洋牧场底层海水溶解氧浓度的时间变化特征，并探讨了其影响机制。结果表明，观测期间底层海水溶解氧浓度整体呈先减小后增大的变化趋势，其变化范围为2.99 mg/L至11.43 mg/L，均值约为6.65 mg/L。进一步分析表明：（1）底层海水饱和溶解氧浓度的变化并不显著，于6月出现过饱和现象；（2）海水温度是底层海水溶解氧浓度日际变化和月变化的主要影响因素；（3）7月至8月中旬，在季节性温跃层抑制垂向混合和水温升高的共同影响下，底层溶解氧浓度总体呈下降趋势；（4）日平均风速与日平均海水溶解氧浓度的相关性并不显著，但大风期间底层海水溶解氧浓度存在先升高后降低的变化特征；（5）底层海水溶解氧浓度的日变化以全日周期为主，可能主要受生物过程、垂向混合扩散和潮流输运等日变化的影响。本研究对于进一步探讨山东半岛海洋牧场区域海水溶解氧的时空分布特征及其影响机制具有重要意义。     

第五节 海水中的亚硝酸盐

海水中的NO_2-N是NH_4-N氧化与NO_3-N还原的中间化合物,其含量通常是三种无机氮中最低的。它与NH_4-N和NO_3-N一样,可直接为浮游植物同化。河口港湾水体中的NO_2-N主要来自大陆径流、沿岸排废和其他氮化合物的分解、转化,浮游植物在过度摄食期间亦可直接排泄NO_2-N。关于海水中NO_2-N含量的分布及其调节过程已有不少报道,但一般认为其影响因素较多,规律性较差。本节报道了厦门港湾水体中NO_2-N浓度的空间分布和时间变化;探讨了盐度、活性磷酸盐浓度、溶解氧饱和度、叶绿素a浓度和九龙江水的NO_2-N浓度与其周日和月变化的关系,并通过多元线性回归,给出了确定的关系式。     

沙海蜇(Nemopilema nomurai)消亡过程中海水溶解氧变化的模拟研究

采用实验室模拟的方法,研究了不同海水温度、盐度、pH、N/P比下,沙海蜇消亡过程中海水溶解氧的变化特征,这对探讨水母灾害性暴发后消亡的环境影响有重要的科学意义。研究结果表明,沙海蜇的消亡可引起海水溶解氧浓度的显著降低,不同海水温度、盐度、pH、N/P比条件下沙海蜇消亡引起的海水溶解氧浓度的降低无显著差异,但与没有沙海蜇消亡时,海水溶解氧的变化相比则差异显著。沙海蜇消亡一般需要6—7天时间,在高N/P比的海水中,沙海蜇的消亡时间延长。沙海蜇的消亡造成水体的严重缺氧,水体氧饱和度低于20%,从第2天到第3天,本底海水、不同过程温度、盐度、pH条件下,消耗水体氧的量剧增,第6天达到峰值,但不同N/P比条件下,水体溶解氧的降低在第2天即可达到一个耗氧的高值,一直持续到第7天出现峰值;海水温度、盐度、pH、N/P比变化,可导致沙海蜇的消亡过程中水体氧消耗量的变化,就这四种影响因素而言,其平均最大耗氧量从大到小的顺序是:温度(23—30℃区间段)>pH(5.0—9.0区间段)>盐度(21—33区间段)>N/P比(16:1—240:1区间段),分别为39.9、39.7、38.0和35.9mg/(kg.d),相对而言,水体温度和pH对沙海蜇消亡过程中氧消耗量影响较大,水体N/P比和盐度影响较小。所以,沙海蜇消亡过程中,由于海水温度和pH的变化形成的低氧区更为严重,而且在当今富营养化(高N/P比)的近海水域中,水母的消亡高耗氧的时间加长,对海水环境造成的影响更为严重。     

第四章 海洋化学——第一节 海水溶解氧

海水溶解氧主要来源于大气中氧气的溶解和海洋植物光合作用所产生的氧。它的含量变化与海水中生物过程及水文条件等有密切关系。它的分布特点有时是海水运动的一个标志。     

乐清湾秋冬季养殖池塘水域环境变化特征

根据乐清湾北部养殖池塘内2013—2014年秋冬季水质监测资料分析:水温、溶解氧和表观耗氧量存在显著半日和日周期变化,盐度日周期变化比较复杂且不规则,盐度受降水过程影响显著。池塘水温在15℃以上时,易发生水体贫氧状态,需要进行水体增氧作业;水温在15℃以下时,水体处于富氧状态。水温变化位相超前溶解氧10~13h显著负相关,水温可以作为启动增氧作业的指标参数。     

第三节 海水碱度

碱度(Alk)是水体中氢离子接受体(如弱酸根、多元酸根、氢氧根等等)浓度的总和。它与温、盐、深、生物活动及碳酸盐的溶解和沉淀等有关;在河口港湾中,则主要受大陆径流、潮汐作用等水文因素影响,其次还受生物活动的影响。本调查区中Ⅰ区碱度的时空分布受河水和潮汐的影响较小,呈现浅海碱度的时空分布特征;Ⅲ区碱度的时空分布则受九龙江水和潮汐的强烈影响,呈现河口海域碱度的时空分布特征;Ⅱ区或多或少地受九龙江淡水的影响,其时空变化也或多或少地具有Ⅰ区和Ⅲ区的某些特征,大致呈过渡状态。本调查区碱度与盐度(或氯度)存在着紧密的正相关关系。     

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.     

厦门港湾水体PO_4~(-3)-P、NO_2~--N、S‰及O_2%含量的多元线性逐步回归分析

河口港湾水体的营养盐含量,因受到江河径流、生物活动、有机质腐解及沿岸排污等因素的综合影响,其变化规律较为复杂;而PO_4~(-3)-P和NO_2~--N的规律性通常更差。由于海水中的PO_4~(-3)-P和NO_2~--N既是生物所需的化学营养成份,也是生物尸体及其它有机体的分解产物;海水的溶解氧饱和度(O_2%)是水体中所发生的生物和化学过程的一种灵敏指标;而盐度(S‰)则是研究水化学要素在河口港湾之行为的参比指标。所以本文试图通过对本港湾各海区1980.10—81.8六个航次的PO_4~(-3)-P、NO_2~--N、O_2%和S‰数据,依(航)次进行多元线性逐步回归分析,给出各要素的含量特征及其空间差异,着重探讨这四个水化学要素之间的相互关系及其制约因素,从而对它们的分布、变化规律作较定量的解释,以供水产养殖、环保和水化学研究参考。     

浙江近岸海域溶解氧的时空分布特征

溶解氧是海洋生态系统中重要的生源要素,其含量及分布变化直接或间接影响海洋生命活动。文章以2014—2018年浙江近岸海域海水监测数据为基础,系统分析溶解氧及其饱和度的时空变化特征,并对该海域内低氧现象作了初步探讨。结果表明,浙江近岸海域溶解氧及其饱和度时空变化特征明显。空间跨度分析显示,溶解氧及其饱和度平面分布为不同季节呈现不同的分布特征,垂直分布为表层高于底层,表底层差异在春夏季较大、秋冬季较小,主要与表层光合作用和季节性温盐跃层有关。时间跨度分析显示,表层溶解氧含量最高出现在冬季,最低出现在夏季,主要是受水温和表层光合作用的影响;夏季表层溶解氧含量最高出现在2018年,最低出现在2015年,这可能主要是受海表温度的影响。此外,研究发现近岸海域外侧少量区域出现低氧现象,其潜在风险正在进一步跟踪监测中。     

东山湾海水盐度,温度和溶解氧的分布特征

1988年5月、8月、11月和1989年2月东山湾海水的盐度范围分别为20.81～33.89、30.43～34.24、26.76～30.59和30.27～31.57;水温范围分别为23.4～25.0、22.5～30.8、18.1～20.7和14.5～17.3℃;溶解氧体积分数分别为(4.12～4.91)×10~(-3)、(3.50～5.10)×10~(-3)、(5.21～6.68)×10~(-3)和(5.64～6.00)×10~(-3);氧饱和度分别为85.1%～104%、73.3%～116%、99.6%～124%和102%～104%。春、夏季东山湾受高盐外海水的影响明显,其中夏季可能还受到上升流的影响.秋季浮游植物大量生长和繁殖,成为溶解氧含量和氧饱和度的主要影响因素。     

挪威海和格陵兰海海水DMS分布特征及影响因素研究

于2012年7—9月现场测定了北极挪威海和格陵兰海区域海水二甲基硫(DMS)及其前体物质二甲巯基丙酸内盐(DMSP,分溶解态DMSPd和颗粒态DMSPp)的含量,研究了其空间分布格局及其影响因素,探讨了表层海水DMS的生物周转和去除途径。结果表明,表层海水DMS、DMSPd和DMSPp的平均浓度分别为5.36nmol/L、15.63nmol/L和96.73nmol/L,受挪威海流和北极深层水影响,表层海水二甲基硫化物浓度呈现出由低纬度向高纬度海域递减的趋势。DMSPd和DMSPp浓度与Chl a浓度均有显著的相关性,说明浮游植物生物量是影响挪威海和格陵兰海二甲基硫化物生产的重要因素。表层海水DMS生物生产和消费速率平均值分别为18.19nmol/(L·d)、15.67nmol/(L·d)。DMS微生物周转时间变化范围为0.03~1.80d,平均值为0.49d,DMS海-气周转时间是微生物消费时间的90倍,说明夏季挪威海和格陵兰海表层海水中DMS微生物消费过程是比海-气扩散更具优势的去除机制。     

海洋环境影响评价中溶解氧评价方法的改进初探:以官井洋为例

2014年官井洋增养殖区溶解氧含量在4.24~8.62 mg/L之间,平均值为6.70 mg/L,在夏季形成低氧环境(5 mg/L),使得鲍鱼在养殖中受到溶解氧影响,虽影响不大(溶解氧标准指数不超过1.5),应引起重视。水温对全年溶解氧含量变化起到主要因素。海洋环境影响评价中溶解氧评价方法的改进:1)首先在《环境影响评价技术导则地面水环境》(HJ/T 2.3-1993)中饱和溶解氧含量计算公式基础上增加盐度影响因子,统一饱和溶解氧含量的计算方法;2)并针对现有评价方法存在赋值不正常以及结果无法描述实际情况等的不足,在建议修改《海水水质标准》中溶解氧的分类范围的基础上,提出新的溶解氧标准指数算法,并将取样层次内所有(或特定)生物安全生存的溶解氧浓度作为溶解氧评价标准。     

2018年9月山东半岛东北近海海水溶解氧浓度观测研究

本文基于2018年9月28日海上观测得到的数据,分析了山东半岛东北部海域海水溶解氧浓度的空间分布特征,并探讨了温度、盐度、层结、海流和叶绿素a浓度等对海水溶解氧浓度的可能影响。结果表明：(1)海水溶解氧浓度在垂向上由表至底减小;在水平分布上则较为复杂：在25 m以浅溶解氧浓度从外海向近岸呈先增大后减小的特征,在25 m以深则从外海到近岸逐渐减小。(2)观测期间,溶解氧浓度存在三个比较明显的高值区域,分别位于近岸上层、外海上层和外海深层,并受不同因素的影响：近岸上层的高溶解氧浓度对应较高的叶绿素浓度,因此可能受浮游植物光合作用产生氧气的影响,外海上层的高溶解氧浓度可能与鲁北沿岸流输运至此的低盐高氧黄河冲淡水有关,而外海深层的高溶解氧浓度位于海水层结以下的冷水区域,可能受黄海冷水团的控制。(3)观测海域中部25 m以深水体的溶解氧浓度偏低,可能受海水层结抑制溶解氧湍流扩散和底层生物化学过程消耗氧气的共同影响。