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。     

黄、东海陆架区悬浮体输运的时空变化规律

利用ＮＯＡＡ卫星１９９５年１月－１９９７年２月的海洋遥感资料系统的分析和研究了黄、东海陆架区悬浮体向深海输运的时间和空间变化规律,并对其动力机制进行了分析和探讨,研究结果表明,黄、东海悬浮体在１１－３月份向外海输运阶段,５－９月份则同近海为内储阶段,４月份为输变退的月份,１０月份则是退变输的月份,其中３月份黄、东海悬浮体向东海深海输运得最远,９月份则向岸退得最远;黄、东海表面悬浮体向东海的输运范围一般皆位于１００ｍ等深线以内,并很难越过黑潮水系,而输向深海的悬浮体又大都在黄海暖流的作用下回输黄海,其大部输向韩国西南海域。     

1982和2012年枯季长江口最大浑浊带悬浮泥沙和盐度垂向剖面特征对比

2012年1月在长江口北港、北槽和南槽水域纵断面开展枯季多船准同步观测,将获得的大小潮悬浮泥沙和盐度数据与1982年12月同水域调查结果进行对比分析。结果表明:2012年长江口最大浑浊带枯季悬沙浓度比1982年减小了约50%;北港、北槽、南槽相近测点的大潮垂向平均悬沙浓度相较于1982年分别减小了43%、60%和40%,2012年长江口表层平均悬沙浓度与1982年相比减少了约53%。北港断面浑浊带核心与1982年浑浊带核心位置相近;北槽浑浊带核心向内迁移;南槽浑浊带核心位置向外迁移。2012年与1982年枯季遥感反演的长江口同水域表层悬浮泥沙浓度也明显降低。在30年来入海泥沙持续减少背景下,长江口3条入海主汊的最大浑浊带特征依旧显著,径流与潮流的此消彼长、径流的季节分配不同以及口内汊道分流分沙比的变化影响了长江口最大浑浊带核心的移动,浑浊带悬沙浓度最高的地段也是盐度梯度最高的地区。     

不同时间尺度下长江口海域表层悬浮体浓度变化

长江入海泥沙是中国东部陆架海沉积物的主要来源之一。本文基于MODIS-Aqua卫星的遥感资料并结合实测悬浮体浓度,建立了基于颗粒物后向散射系数的悬浮体浓度的反演方法,获取了2002—2017年长江口海域的表层悬浮体浓度分布,并分析其在潮周期、季节内以及年际等不同时间尺度下的变化特征。结果表明,在潮周期内,长江口122.3°E以西海域表层悬浮体浓度大潮高于小潮,落潮大于涨潮,高潮大于低潮;在季节尺度内.6—8月表层悬浮体浓度逐渐增加。而122.3°E以东海域,则出现相反的情况;长江口122.3°E以西海域的夏季平均表层悬浮体浓度年际变化明显,主要受长江入海水沙量年际变化的影响。长江口122.3°E以东海域表层悬浮体浓度的年际变化几乎不受长江入海泥沙的影响。风向对悬浮体浓度的扩散具有显著的作用,南风有利于高浓度悬浮体向外海扩散,东风则抑制扩展。     

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。     

长江口和杭州湾海域生物生产力锋面及其生态学效应

通过分析海洋生态学资料并结合卫星遥感、渔场及赤潮等资料,发现长江口和杭州湾及其毗邻海域生物生产力的锋面,在离长江口门和杭州湾口约100 km的长江冲淡水中部海域出现蓝细菌丰度、浮游植物现存量和初级生产力以及浮游动物的最大值,该锋面的存在和位置被水色遥感所确认.光和营养盐在此呈现最佳的权衡.在该锋区悬浮体浓度小于5 mg/dm3,盐度为25～30.在该锋面的西侧高的悬浮体浓度造成了浮游植物的光限制,其东侧距长江口和杭州湾口较远,陆源营养盐被稀释,加之浮游植物的消耗,造成了营养盐的限制.夏季水体的层化,增强了水体的垂直稳定,使这种分布格局更加显著.由于细菌多附着在悬浮颗粒物的表面,细菌丰度的最大值出现在近口门区的最大浊度带,在向外海方向随着悬浮体的沉降细菌丰度迅速降低.在生物生产力锋面,浮游植物的旺发导致水体跃层之上高溶解氧浓度和低营养盐浓度,尤其是PO4被耗尽,同时浮游动物饵料的丰富,造成浮游动物旺发;由于蓝细菌的快速增殖,其流式细胞测定的细胞粒径变小.生物生产力锋面的出现产生了显著的生态学效应,一方面造成某些经济鱼类产卵和索饵场的形成,例如鲐鲹鱼、马鲛鱼等;另一方面造成赤潮多发区和底层水缺氧区.     

闽北附近海域悬浮体输运及通量的季节变化

基于2015年9月和12月闽北附近海域3条断面上的同步连续沉积动力学观测,结合对应时段的卫星遥感海表温度资料,研究了闽北近岸海域冬季和夏季悬浮体分布和输运通量的变化规律。结果表明,该区域的悬浮体浓度存在明显的季节性变化,冬季季风活动对水体扰动强烈,水体垂向混合较为均匀,近岸沉积物再悬浮活跃,其浓度值明显高于外海;而夏季近岸悬浮体浓度明显降低。在50m以深的外海海域,悬浮体浓度无显著的季节差异,且空间变化幅度很小。受东北季风和闽浙沿岸流的影响,冬季悬浮体总体上沿东北向西南的沿岸方向输送,输运通量由近岸向外海逐渐减小;在夏季,闽北近岸海域悬浮体输运方向与冬季一致,但输运通量显著减小;外海海域的悬浮体输运方向指向东北,输运通量明显高于冬季。在离岸断面上,中间站位(水深约50m)的悬浮体浓度低于其两侧站位的浓度,这是由于在近岸一侧主要受控于闽浙沿岸流,而外海海域主要受控于台湾暖流,50m等深线为闽浙沿岸流和台湾暖流相互作用的交汇处,受闽浙沿岸流和台湾暖流的共同影响。温度锋面与闽北附近海域内的泥质区对应关系较好,温度锋面对悬浮体向外海扩散有明显的抑制作用,温度锋面西北侧悬浮体浓度较高且沉积速率较高。     

1999年与2006年间夏季长江冲淡水变化动力因素的初步分析

根据径流量,1999年和2006年夏季的长江分别处于显著洪季和旱季.此期间的月平均风向也有显著区别.根据同期的海洋现场观测:相对1999年8月,2006年同期的长江口以东、以南毗邻水域表层盐度显著较高,而在长江口东北部海域则相对偏低;长江口附近海域的底层盐度有所偏高,但在浙江中南部沿海底层盐度则相对偏低.利用Regional Ocean Modelling Systems数值模式,对1999年和2006年实际的径流量、风场和黑潮及其分支变化等3个因素对长江冲淡水扩展的影响进行了一系列模拟试验和对比.对比试验表明:相对1999年8月,2006年夏季长江流量大幅度减小是长江口毗邻海域表层盐度升高的主要原因;风场是导致长江冲淡水相对偏北,并使长江口北部出现表层盐度负异常的主要因素;黑潮及其分支在东海北部入侵相对增强、在东海南部入侵相对减弱,使长江口南部表层盐度正异常海域扩大,并促使长江淡水向江口北部扩散增强、而向东部扩散减弱.长江口毗邻海域环流和水团的变化可能对夏季低氧区位置变化产生一定影响.     

基于遥感方法的大风江口悬浮体时空分布及扩散特征研究

溺谷型海湾是我国广西沿海广泛发育的典型海岸地貌类型,其悬浮体扩散过程和对曲折海岸环境的影响研究尚开展不多。根据2013年10月实测的大风江口悬浮体浓度数据,结合不同潮汐状态下的多期Landsat TM/ETM+卫星影像资料,对大风江口及毗邻海域的悬浮体时空分布和扩散特征进行了总结分析。结果表明,观测期间悬浮体浓度介于1.4~56mg/L之间,且底层高于表层,口门内大于口门外;悬浮体遥感反演的结果也表明,该区水体悬浮体浓度总体较低,径流携沙入海和不同潮汐状态是影响悬浮体浓度时空变化的重要原因之一。在北部湾潮汐顶托和沿岸NE-SW余流的影响下,河流入海物质主要在河口落淤和沿岸输移,参与河口横向拦门沙发育和溺谷型海湾的次生改造过程。     

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。     

台风“灿鸿”对长江口外海域悬浮体分布的影响

台风作为事件性的强动力因素,其对河口海域沉积环境的影响目前研究较少,开展典型台风事件对长江口外海域悬浮体分布的影响研究对于深入理解长江径流挟带陆源物质向东海陆架扩散机制等具有重要意义。利用2015年09号台风"灿鸿"过境前后长江口外海域现场调查数据,分析台风前后长江口外水体结构和悬浮体粒度分布变化,结合同期环境观测数据与开源数据,阐明台风对河口外海域悬浮体分布的影响机制。结果表明:长江口外海域悬浮体中细颗粒组分(≤ 128μm)主要为无机矿物颗粒,而粗颗粒组分(>128μm)主要是生源有机颗粒。生源有机粗颗粒主要分布于中上层水体,而无机细颗粒主要分布于底层水体,使得长江口外海域悬浮体平均粒径分布呈双层结构。台风前后悬浮体粒度分布变化反映了台风对长江口外海域物理和生物过程的双重影响,其中物理过程主要影响无机细颗粒分布变化,生物过程主要影响有机粗颗粒。台风期间强烈的偏北风使得长江冲淡水在口门外海域由东北输运转为往东输运,与长江冲淡水输运方向一致的表层无机细颗粒在台风后输运方向同样往东。另外,台风作用在河口区产生的下降流将12250-4站位底部再悬浮的泥质沉积物向东搬运至12300-4站,导致12300-4站底层悬浮体浓度增加、粒度变细。台风过境还造成长江口外海域初级生产力提高,而浮游植物生长对悬浮体中有机粗颗粒的形成有促进作用,使得口门外海域上层水体中有机粗颗粒体积浓度升高。长江口外海域由于台风过境导致悬浮体中无机细颗粒和生源有机颗粒含量均增加,使得其平均粒径整体变化不大。     

南汇近岸水域近底层泥沙运动和边滩沉积

根据长江口南汇近岸水域17个站的水文泥沙同步观测资料,阐述了该水域近底层泥沙的流速、悬沙浓度的分布和变化。经无量纲潮流动力值的计算表明,研究区存在一个包络南汇边滩先向东南继而向南延伸的舌状高能量区,与高悬沙浓度分布区相一致。通过对悬沙运动和涨、落潮周期流向的分析,揭示了长江口向杭州湾底层泥沙输移的规律,其底层泥沙输移主要集中在低潮位时段,输移时间约占潮周期的36%,其中以南汇边滩向杭州湾输移的时间为最长,大、小潮都在5h以上,与其相关联,在芦潮港水域下层存在着一股东西向的高悬沙浓度的水体。据盐度、潮流、悬沙浓度等要素,并结合絮凝沉降分析得出,南汇边滩的沉积强度是潮滩>潮下带>深水区;边滩舌尖前缘水域的泥沙沉积时间与水体出现向东偏南或向西流的时间一致,这可视为近年来南汇水下沙嘴向东偏南伸展的原因之一。     

九龙江口、厦门西海域磷的生物地球化学研究——Ⅱ.表层沉积物中磷形态的分布及在再悬浮过程中的转化

本文根据1987年3月至1988年12月九龙江口、厦门西海域调查资料,讨论表层沉积物中各种形态磷的分布特征以及在沉积与再悬浮过程中磷形态的转化。结果表明表层沉积物磷含量最高值处距悬浮颗粒物最大沉降速率处下游约5km。磷在悬浮颗粒物上主要以颗粒态有机磷存在,在表层沉积物中主要以无机结合态磷存在。缺氧的沉积环境中可溶性磷自表层沉积物上释放以及吸附在悬浮颗粒物上的磷的解吸作用,是该水域溶解态无机磷再生的两个主要来源。潮汐运动对磷的形态变化有影响。     

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。     

三峡大坝启用后长江口及邻近海域秋季悬浮体、叶绿素分布特征及影响因素

基于2010年10月在长江口海域海洋综合调查,利用多参数CTD现场调查数据、悬浮体浓度测定数据,对该区悬浮体和叶绿素的空间分布及影响因素进行系统的研究,探讨三峡工程蓄水7a以来长江口的悬浮体和叶绿素的分布特征及变化.结果表明:浊度值与悬浮体浓度存在良好的线性关系,盐度对该线性关系没有明显的影响;长江口及其邻近海域悬浮体主要分布在123°E以西的海域,表现为近岸高、离岸低,表层低、底层高,其分布主要受到水团、长江输入、上升流等的影响;叶绿素在123°E往东的海域含量较高,近岸低,在123°E～124°E之间叶绿素含量最高,其分布主要受到水团、浮游植物种类和季节变化及营养盐的共同影响.与三峡工程蓄水前对比,悬浮体高值区的界限往西移动了近半个经度,同季节的叶绿素含量的平均值降低.     

三峡截流后长江口秋季TSM、POC和PN的分布特征

基于2004年11—12月长江口56个站位的悬浮体调查资料,分析了长江口区悬浮体总量(TSM)、颗粒有机碳(POC)和颗粒氮(PN)质量浓度的平面分布特征,探讨该区TSM及颗粒有机质的物质来源和三峡截流对长江三角洲的影响。结果表明,表、底层TSM与POC、PN质量浓度之间存在显著的正线性相关关系并都呈现出南高北低的格局,说明了长江悬浮颗粒物入海后主要沿东南方向输运。POC、PN质量分数与POC、PN的质量浓度不同,它们与TSM质量浓度对数有负相关关系。由于河口区底质再悬浮作用显著,TSM和POC、PN质量浓度呈现表层低、底层高的特点。长江口悬浮体主要来自长江径流和底质沉积物的再悬浮。与三峡截流前数据的对比表明,截流对目前长江口区的TSM和POC尚未造成明显的影响。     

2004和2007年春季长江口近海鱼类群落特征及其与环境因子的关系

根据2004年5月和2007年5月长江口近海渔业资源调查数据,应用双向指示种分析(TWINSPAN)和典范对应分析(CCA)方法,分析了春季长江口鱼类群落特征,探讨了春季长江口鱼类群聚结构及其与环境因子的关系。结果表明,2个春季航次共捕获鱼类生物9目25科36种,其中带鱼(Trichiurus lepturus)、黄鲫(Setipinna taty)、鳀(Engraulis japonicas)、竹荚鱼(Trachurus japonicas)、小黄鱼(Larimichthys polyactis)和鲐(Scomber japonicas)为优势种。2004和2007年长江口近海鱼类存在4个生物群聚:以鲐为特征种的南部高温型、以带鱼为优势种的南部低温型、以竹荚鱼为代表的北部高温型和以黄鲫占绝对优势的北部低温型。影响2004和2007年长江口海域鱼类分布的主要环境因子为水深、底层总磷、表层悬浮体含量、底层盐度和表层温度。其中,水深、盐度和悬浮体含量驱动鱼类群聚空间变异,温度驱动了时间变异。与1999—2001年相比较,2004和2007年长江口鱼类群落发生显著变异,鱼类资源种类数量和生物量减少,优势种亦发生演替;水深、盐度、温度变异对鱼类群聚分布保持影响力,水域悬浮体含量成为鱼类群聚空间变异的重要驱动因素。     

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。     

黄河口附近海域表层悬浮体分布及粒度特征

利用2001年7月进行的两船同步走航调查资料,结合同一时期的陆地卫星合成图像,对枯水期黄河口表层悬浮体空间分布和粒度特征进行了研究。低潮时,黄河河口表层悬浮体含量、温度、盐度在河口口门外5 km范围内变化迅速,表层悬浮体含量和温度向海方向呈指数方式迅速降低,悬浮体含量由519 mg/L下降到20~30mg/L,温度则下降4℃左右;盐度则由1升至33。表层悬浮体含量的变化与表层水体温度、盐度变化有很好的对应关系,温度、盐度变化反映了河流注入的淡水在表层与海水的混合过程。与调查时期接近的一景遥感图像(RGB321)对照,可以看出图像色调变化与测量数值的变化比较吻合。悬浮体平均粒径为6.64~5.26Φ,以粉砂为主。沿测线由河口向海方向,粒度成分和粒径的变化趋势明显,粒径逐渐变粗,黏土成分减少而砂的成分增多,这可能与絮凝作用有关。     

长江口大型底栖动物群落的演变过程及原因探讨

根据近30年来的长江口大型底栖动物群落的历史资料,以及2009年和2010年的现场调查数据,从长江口底栖动物群落结构变化特征出发,分析了其长期演变的过程和规律,旨在阐明底栖动物群落的演变趋势,识别其重要演变时段。同时结合长江口海域近50~60年来的入海径流量和携沙量变化、营养盐和DO等水质特征变化,分析底栖动物群落的变化原因。分析结果表明,长江口底栖生物群落的变化可大体分为3个阶段,第一阶段是20世纪90年代之前,底栖生物群落无论物种数、生物量都维持相对较高的水平;第二阶段发生在20世纪90年代初至2005年,由于受到气候变化和人类活动的综合影响,底栖生物群落的上述指标都有所降低,表明受到自然和人为因素干扰的加剧;第三阶段是2005年之后至现在,由于长江口水域的各项生态环境保护措施加强,底栖生物群落得到一定程度的恢复。通过对长江口海域各种环境因素的分析表明,底栖生物群落变化受到长江口区域生物因素和非生物因素的共同影响,变化趋势也与环境因素的变化比较吻合。