Seasonal Cycle Analysis of the Nitrate Nitrogen and Nitrite Nitrogen in the Bohai Sea

During 1985～1987,the concentration of nitrate nitrogen was higher in the Laizhou Bay and the Bohai Bay while that of nitrite nitrogen was higher in the Liaodong Bay and the Bohai Bay,The concentration of nitrate nitrogen was highest in winter and lowest in summer while that of nitrite nitrogen was highest in autumn and lowest in spring .the seasonal variation of the concentration of nitrate nitrogen was maximum in the Laizhou Bay and the Bohai Bay while that of the concentration of nitrite nitrogen was maximum in the Liaodong Bay.There was a great difference in the concentration of nitrate nitrogen between the surface and the bottom in autumn and in the concentration of nitrite nitrogen between the surface and the bottom in summer.The main reason for the seasonal variations of the concentration of nitrate nitrogen and nitrite nitrogen was the marine biochemical process.The nitrate nitrogen and nitrite nitrogen in the Bohai Sea basically maintained a quasi-equilibrium state seasonal cycle,The quesi-equilibrium state seasonal cycle of nitrate nitrogen and nitrite nitrogen at the bottom was stable while that at the surface was liable to variations caused by other factors.     

南黄海夏季温盐年际变化时空模态与气候响应

根据南黄海断面1977—2016年历年8月标准层温度、盐度与气候要素观测资料,采用时空分析等方法,分析了南黄海断面夏季温度、盐度年际时空变化与气候响应。断面温度主要有4种时空模态,夏季风生环流、冷水团强度、面积与断面冬季温度模态是主要温度模态年际变化的主要影响因素;夏季风生流场形态、春季PDO指数与断面冬季温度模态是次要温度模态年际变化的主要影响因素;温度模态时间分量均为准平衡态长期变化。断面盐度主要有4种时空模态,夏季苏北沿海低盐度水体、南黄海中部高盐度水体与夏季黄海风生流输送作用是盐度主要模态年际变化的主要影响因素;夏季南黄海降水量减少与风生流输送减弱是盐度次要模态年际变化的主要影响因素。盐度主要模态时间分量为准平衡态长期变化,次要模态时间分量存在显著线性低盐趋势变化。断面夏季温盐多年平均分布主要受到夏季多年平均风生环流影响。断面核心冷水团月平均温度为准平衡态长期变化;面积存在显著线性减小趋势,黄海风生流场季节与年际变化是南黄海核心冷水团年际变化主要影响因素,春季PDO指数对冷水团面积年际变化有显著非线性影响。断面冷水团、核心冷水团月平均盐度为显著线性低盐趋势周期年际变化。由于黄海温盐长期线性趋势变化,与30多年前状况相比,目前黄海温盐场季节循环时空变化形态可能已经发生显著改变。     

渤海水环境无机氮污染风险研究

渤海海域污染日趋严重, 无机氮是主要的污染因子, 对无机氮未来趋势的预测及风险空间分布的分析可为减缓和管理渤海海域污染提供依据。本文基于2000 到2011 年渤海无机氮的趋势性监测数据, 用IDW 插值和回归分析方法对其发展趋势进行预测, 并根据其发展趋势预测今后5 年渤海海域无机氮含量, 划分了渤海无机氮污染的高、中、较低和低风险区, 为渤海无机氮污染控制提供科学依据。     

渤、黄海冬、夏季节风生流场年际变化时空模态与环流变异

根据1975—2017年冬、夏季节渤、黄海沿岸25个气象站风观测资料,采用二维非线性垂直平均风生流模式、旋转经验正交函数(REOF)等方法,研究了渤、黄海冬、夏季节平均风生流速度势与流函数场年际变化时空模态与环流变异.由于冬、夏季节渤、黄海风应力场强度年际变化显著线性减弱趋势,冬季渤、黄海平均速度势与流函数强度年际变化线性减弱速率大于夏季,黄海冬、夏季平均速度势与流函数强度年际变化线性减弱速率大于渤海.渤、黄海冬、夏季节平均风生流速度势与流函数场年际变化主要有两种时空模态,冬季渤海垂直环流显著线性减弱以及水平环流准平衡态年际变化是主要分量,冬季黄海垂直与水平环流准平衡态年际变化是主要分量.夏季渤海垂直环流显著线性减弱以及水平环流准平衡态年际变化是主要分量,夏季黄海大部分海域垂直环流显著线性减弱与局部垂直环流显著线性增强年际变化是主要分量,夏季黄海水平环流形态此消彼长显著线性增强及减弱年际变化是主要分量.冬季黄海暖流暖水向南黄海西侧以及向渤海中部输送过程是在3～4个环流之间传递形成,并非由单一环流输送形成.冬季渤海中部辐散下沉反气旋环流与黄海中部至渤海海峡的气旋环流、黄海东部辐散下沉反气旋环流是冬季黄海暖流强度与范围的控制环流,夏季渤海中部辐散下沉反气旋环流与黄海中部辐合上升气旋型环流是夏季渤、黄海冷水团强度与范围的控制环流,冬、夏季节渤、黄海控制环流年际变化形态的变换形成冬季黄海暖流与夏季渤、黄海冷水团暖年或冷年的年际变化.     

渤海叶绿素浓度时空特征分析及其对赤潮的监测

基于2014—2015年MODIS数据分析了渤海表层水体叶绿素浓度的时空特征,并对赤潮进行了遥感监测。结果表明, 5—10月,渤海表层叶绿素浓度总体较高,其中在5月份达到峰值;空间上,叶绿素浓度由近岸向渤海中部递减,其中秦皇岛附近海域、莱州湾、渤海湾、辽东湾叶绿素浓度相对较高。基于16 mg/m3的叶绿素浓度阈值和ERGB影像,成功提取了渤海赤潮信息。秦皇岛附近海域是渤海赤潮的频发区和重灾区,赤潮发生于5月份,其分布范围在5月下旬达到最大。渤海赤潮分布与底部两个低氧区位置吻合,说明赤潮爆发可能对低氧区的形成和发展起重要作用。     

渤海浮游植物生物量时空变化初析

本文根据 4 0年间收集的综合观测资料、部分成果以及 1998/ 1999年本课题执行的 2个航次的调查和岸边监测 ,分析了渤海浮游植物生物量的年循环规律、水平分布的年际变化及长期变化。结合渤海水温、盐度、黄河径流量及营养盐浓度的变化 ,初步分析了原因。渤海为高生产力陆架海 ,每年有 2次生物量的高峰期 ,水华时间有 1个月的前后移动 ;生物量及其水平分布的年际变化大于 10年际变化。渤海温盐有增加趋势 ,无机氮浓度增加、磷酸盐浓度降低 ,河流输入变化只影响局部海域子系统 ,近岸海域的富营养化使得营养盐更多地消耗在近岸 ,而中央海区依然保持良好水质。物理系统的变化是该时空变化的重要原因之一。     

中国黄、渤海海水中溶解镉的形态研究

黄、渤海是我国重要的海洋经济渔业开发区域,海水中痕量金属的含量及其存在形态会对海洋环境、海洋渔业产生重要影响。随着近年我国痕量金属采集与分析测试技术的发展,数据的准确性有了新的提升。2016-06—07采集黄、渤海40个站位的海水样品,测定其溶解态金属Cd的总浓度,并应用电化学方法(阳极溶出伏安法)分析Cd存在形态。结果表明,渤海海水中的总溶解态Cd浓度是南黄海海水中的2~3倍,这可能与渤海海水停留时间较长,水深较浅,周边较多河流输入有关。20%~92%以上的溶解态Cd是以有机络合物形态存在,以自由离子态存在的Cd浓度不超过100 pmol/L,低于Cd对浮游生物的毒性阈值。渤海比黄海的金属配体浓度高出2倍以上,高值出现在黄河口周围海域,表明黄河水携带较多有机配体输入。推测我国近海有机配体来源可能包括陆源输入、沉积物再悬浮的解析过程以及藻类分泌。研究还表明,黄、渤海海水中溶解态Cd的有机配体络合常数较其他海域的稍高,这与我国近海废、污水排放的有机络合配体类型有关。     

渤海海峡水交换多时间尺度变化特征研究

基于长时间的FRA-JCOPE数据,本文着重对渤海海峡水交换的多时间尺度变化特征进行了分析。通过分析认为,渤海海峡水交换具有明显的季节(360天和180天周期)、季节内(120天周期)和年际变化特征,且空间分布呈现较为明显的“南出北进”特点。360天季节变化特征表现为夏强冬弱,局地风场、海峡两侧海表高度梯度、陆地径流的季节变化对其具有重要影响;180天周期的季节变化和120天周期季节内变化信号与局地风场关系不大,主要受到海峡两侧海表高度梯度的调制。同时,渤海海峡水交换受1997—1998年ENSO影响较为显著:正常年份时,渤海海峡水交换流入、流出量基本相当,但当1997—1998年ENSO显著年份时,流出量略大于流入量,这是由于黄渤海环流增强,进而导致渤海海峡水交换增强造成的。     

渤海动力环境研究应关注的新问题

回顾了近几年关于渤海动力环境的研究现状，分析了其中存在的问题。指出渤海盐度长期变化、年际尺度上变化的成因、过程；与此关联的渤海环流乃至黄海环流的变异及其过程；黄河入海的水、沙变化所引起发的渤海沉积物源汇的再调整等应是未来渤海动力环境研究中值得关注的重要问题。     

2012年春季渤海中部及邻近海域叶绿素a与环境因子的分布特征

分析了2012年春季渤海中部及其邻近海域32个站点叶绿素a和环境因子的空间分布特征及其相互关系。结果发现:渤海中部靠近黄河口邻近水域相对于其他水域,呈现出相对较高的水温和较低的盐度,这与黄河淡水输入以及近岸水深相对较浅有密切关系。营养盐浓度在空间分布上表现为黄河口附近海域较高,在垂直分布上表现为中、底层高于表层,显示出黄河水输入与沉积物营养盐再释放的影响;此外,营养盐浓度与结构显示,渤海海域存在明显的磷和硅限制,磷限制尤其严重。叶绿素a浓度的空间分布显示,表层叶绿素a浓度的高值区出现在渤海湾湾口处,而中层与底层的叶绿素a浓度高值区出现在渤海中部。主成分分析结果表明,磷酸盐和温度是影响表层叶绿素a浓度的重要因素,而中、底层叶绿素a浓度主要受磷酸盐的影响。     

渤海湾天津段水体质量评价及污染源分类

对采自渤海湾地区的水体样品进行了多项污染指标测试.结果表明,研究区水体呈弱碱性,主要污染物质为无机氮、锌、铅和汞.除无机氮外,其他指标基本符合二类水质标准.而无机氮浓度符合三类水质标准.研究区水质受到多种因素影响,陆地河流输入是影响研究区水质的主要因素,而养殖活动、石油开采、工业和民用污水排放等对研究区水质具有重要影响.本研究为渤海环境治理措施的制定和实施提供了进一步参考依据,并建议应有针对性地对这些既有或者潜在的影响渤海湾水质的因素进行分别控制和治理.     

渤海海冰的年际和年代际变化特征与机理

根据1951-2013年间的渤海冰情等级资料,利用最大熵谱分析、相关分析和合成分析等方法,研究了渤海冰情等级的年际和年代际变化特征,探讨了局地气候、大气环流、ENSO(El Nio-Southern Oscillation)和太平洋年代际振荡(PDO)对海冰的影响。结果表明,渤海海冰具有明显的年际和年代际变化特征,并在1972年前后发生了一次由重到轻的气候跃变,在跃变后冰情较跃变前平均降低了0.7级。相关分析与合成分析结果显示,渤海冰情的年际变化除受局地气候的影响外,还受西太平洋副热带高压(副高)、极涡和欧亚环流的共同调控,特别在1972年以后,秋季副高、冬季欧亚和亚洲纬向环流对渤海冰情的年际变化均有重要影响,可作为渤海海冰预报的重要因子,而春季PDO、ENSO、冬季副高及欧亚和亚洲经向环流则是渤海冰情年代际变化的影响因素。     

渤海氮磷营养盐和叶绿素浓度时空分布数值模拟与富营养化评估

当前渤海富营养化风险仍居高不下,严重制约了环渤海社会经济可持续发展。开展近海富营养化评估与趋势分析是国家生态安全保障的需求, 其难点在于富营养化评价要素长期演变进程高质量数据的获取。基于HAMSOM海洋生态模型, 通过修正溶解有机氮(dissolved organic nitrogen, DON)的难/易降解组分降解动力学形式, 构建了适用于富营养化评估与趋势分析的渤海三维水动力/生物地球化学耦合模型。利用2019年渤海春、夏、秋、冬四个季节DON、溶解无机氮(dissolved inorganic nitrogen, DIN)、溶解无机磷(dissolved inorganicphosphorus, DIP)和叶绿素a(chlorophyll a, chl a)调查结果, 对模型进行了校正, 并利用1980年至2020年的长期调查结果进行了验证, 模拟结果与调查结果相比较, 在数值大小和变化趋势上均吻合较好, 相对标准偏差、相似性系数和Kappa系数分别为24%、0.77和0.60。利用模型模拟计算的DIN、DIP、DON和chl a长期演变进程数据, 计算了营养状态质量指数(nutritional quality index, NQI)。结果表明, 当前渤海富营养化状态整体上处于贫营养状态, 但在渤海湾、辽东湾和莱州湾湾底近岸海域处于富营养状态, 季节上5~10月份处于中等富营养化状态, 从长期变化趋势看, 渤海整体上富营养化状态趋于改善。与复合富营养化指数(compound eutrophication index, CEI)对比表明, 渤海富营养化评估按NQI计算结果与按CEI计算结果相当吻合, 相似性系数为0.83。文章建立的渤海富营养化评估方法具有较高可靠性, 可用于渤海富营养化评估。     

渤海湾氮、磷营养盐在水体和沉积物中的分布特征及其相互关系

近岸海域水体和沉积物是营养盐迁移转化的重要场所。2016年8月对渤海湾水体和沉积物进行采样监测,分析了渤海湾水体和沉积物中不同形态氮、磷的含量,并研究了营养盐在水体和沉积物中的分布特征及其相互关系。结果表明:渤海湾水体中的营养盐在西部近岸地区含量较高,而在离海岸线较远的开阔海域含量较低,表现出一个明显的质量浓度梯度。说明人类活动对近岸海域水体中营养盐含量的贡献较为明显。水体中营养盐主要是以无机态为主,无机氮和无机磷分别占到总氮和总磷的76.65%和76.46%。沉积物中氮、磷营养盐表现出和水体中营养盐含量类似的空间分布特征,但形态主要以有机氮为主,无机磷的含量也仅占到30.42%。这说明夏季渤海湾水体中氮、磷营养盐主要由水中有机体通过同化作用将无机态营养盐合成为有机态营养盐进入沉积物,渤海湾西北海域的富营养化过程是水体中营养盐向沉积物迁移的一个主要驱动力。     

渤海、黄海热结构分析

在多年观测资料基础上,以月平均风应力和周平均海表水温(SST)作为外强迫,对黄海、渤海热结构进行了数值模拟.模拟结果显示渤海的热结构特征自10月至翌年3月为水温垂直均一的冬季型;5～8月为分层结构(由上混合层、跃层、潮混合层组成)的夏季型.4月和9月为两型的过渡期,最低水温出现在2月,最高水温表层出现在8月,底层则在9～10月.黄海沿岸浅水区与渤海有相似的热结构,黄海冷水团和黄海暖流对其中央槽深水区的热结构有重要影响.对底层水的影响而言,前者夏季显著而后者冬季显著,从而导致黄海(槽)的底层水与环境相比呈现夏季冷而冬季暖的特征,底层水温基本上与表面水温的年变化反相;深水区的热结构与渤海相比,均一型结构(1～3月)变短,分层型结构(5～11月)变长,底温年变幅(5℃以内)变小,跃层强度增强.模拟结果还表明,黄海暖流的动力仍然是季风环流,而对黄海冷水团的形成和发展有无动力影响提出质疑.     

基于PSR模型的渤海海洋生态红线区管控评价研究

为客观评价我国海洋生态红线区管控效果,本文通过建立海洋生态红线区管控评价体系,运用PSR模型对渤海区域及三省一市(山东省、辽宁省、河北省和天津市)海洋生态红线区管控效果进行评价。结果表明渤海区域海洋生态红线区的管控情况总体上持续改善,压力层稳定性较差,状态层不断优化,响应层受政策影响较大。其中渤海区域压力层主要受山东省人口、工业影响,状态层的变化主要来自辽宁省丰富自然资源的作用,响应层的改变主要来自山东省对于生态安全做出的努力。最后根据各省市海洋生态环境现状从海洋保护区管控、海洋保护区限制开发等方面提出了管理建议。     

渤海海温与叶绿素季节空间变化特征分析

以2003年MODIS数据为数据源，在图像处理、空间插值的基础上作海温与叶绿素浓度的空间相关分析。结果表明，整个海域的叶绿素浓度和海温的分布具有明显的区域和季节变化特征。基本规律是叶绿素浓度从近岸向渤海中央递减；温度则随季节发生变化，随着温度升高，近海叶绿素浓度增高，而渤海中央区域叶绿素浓度降低。渤海叶绿素浓度的分布与河口径流、季节等因素有关。从空间关系看，海温与叶绿素浓度不存在很明显的空间分布相关性，但不同季节有不同的相关性。上述研究可用于估算海洋初级生产力。     

黄、渤海无机氮的收支模式初探

根据黄、渤海无机氮的收支状况，首次提出了黄、渤海无机氮的稳态收支模式。模式研究结果表明，大气沉降、陆源输入和海底输入的无机氮通量分别占黄、渤海无机氮浮游植物总需求量的3%、4%和12%。无机氮的外部输入约占总需求量的1/5，其他部分则由水柱中的内部再循环（再生）供给。     

渤、黄、东海悬浮物质量浓度冬、夏季变化的数值模拟

采用HAMSOM三维正压水动力模型结合粒子追踪的悬浮颗粒物输运模型模拟了渤、黄、东海悬浮物质量浓度冬、夏季变化。模拟结果显示,潮流和底质对悬浮物质量浓度的分布有决定性的作用,沉积物再悬浮对悬浮物质量浓度分布影响大,冬季尤为显著。莱州湾中西部和渤海湾南部悬浮物终年维持高质量浓度,古黄河口冬季再悬浮物的质量浓度高于其它季节的。长江口附近悬浮物终年维持高质量浓度,夏季长江口东北悬浮物的质量浓度高于冬季的,浙江沿岸冬季悬浮物的质量浓度高于夏季的。     

渤、黄海风生流场季节循环时空模态与变异

根据1978—2015年渤、黄海沿岸观测风应力场与二维非线性垂直平均风生流模式,以及旋转经验正交函数（REOF）、调和分析等方法,研究了渤、黄海月平均风生流速度势、流函数场季节循环时空模态与年际变异.渤、黄海月平均风生流速度势、流函数场主要有两种时空模态,季节周期分量是时空模态的主要分量.由于风应力场季节循环变异,渤海流函数场季节时空循环变异程度大于速度势场,速度势、流函数场第二模态是季节变异的主要分量,黄海速度势场季节时空循环变异程度大于流函数场,速度势场第二模态是季节变异的主要分量.由于月平均风应力场强度年际变化显著线性减弱,渤、黄海季节平均风生流场强度年际变化也显著减弱.渤、黄海暖流与冷水团季节生消是风生流水平环流与垂直对流对冷 暖水体输送与汇集共同作用的结果,渤、黄海春、夏季辐合上升环流延缓及减弱了浅层暖水向深层传播,是春、夏季冷水团与温跃层形成的重要动力因素,因此,速度势是研究渤、黄海风生流场十分重要的因素.冬季渤海中部、黄海东部反气旋型及辐散下沉环流与黄海中部气旋型环流、辐合上升环流是黄海暖流季节转换与强度的主要动力控制因素,夏季黄海东部气旋型环流、辐合上升环流与黄海中部反气旋型环流、辐散下沉环流是黄海冷水团季节转换与强度的主要动力控制因素.