台湾以东黑潮及邻近东海水中的放射性核素及其对黑潮入侵的指示

根据2014年5—6月对台湾以东黑潮主流以及东海陆架海域的调查,研究了海水中放射性核素K-40、Ra-226和U-238的分布特征,并以放射性核素为指标定量评估了黑潮入侵东海的程度和范围。结果表明,黑潮主体放射性核素的含量有明显的层次差异,整体上看从表层至深层逐渐减小,K-40、Ra-226和U-238的含量范围分别为13.47—26.11、5.08—9.51和7.38—14.72m Bq/L。在台湾东部河流带来的陆源物质输入影响下,黑潮主流下游的放射性核素含量略高于上游。从水平分布上看,近岸海域放射性核素含量明显高于黑潮主流区,而长江口和杭州湾外也存在K-40和Ra-226的低值区,并且底层海水中更明显。海水的物理化学参数对放射性核素分布的影响不大,不同水团放射性核素的含量差异主要由陆源物质输入的不同引起。以放射性核素K-40、Ra-226以及温盐为指标,根据端元混合模型的计算结果显示,黑潮在台湾东北部涌升后,继续沿东北方向流动,并可入侵至长江口和杭州湾外,而福建近岸海域基本不受黑潮水的影响。放射性核素指标K-40和Ra-226可作为温盐参数的补充,用于指示黑潮入侵东海的程度和范围,并可结合温盐参数,用于多水团混合的半定量研究。     

黑潮与东海水交换研究

利用高分辨率ROMS(regional ocean modeling system)数值模式模拟东海地区的多年平均流态。数值模拟结果在黑潮的流速、路径、流量等方面与近年来对黑潮的认识相一致。利用模式结果,计算东海及邻近海域主要水道的水通量。结果表明:台湾海峡、中国台湾-西表岛之间水道是海水进入东海的主要通道,对马海峡、吐噶喇海峡、大隅海峡与西表岛-宫古岛-冲绳岛-庵美大岛之间水道是海水流出东海的主要通道。分析PN断面的流量的变化特征,结果表明黑潮流量在春季与夏季较大,秋季与冬季较小,年平均流量为24.16 Sv,与前人研究结果一致。计算跨越200 m等深线的年平均净向岸体积输送为0.99 Sv,在台湾东北与九州西南地区表现为黑潮入侵陆架地区,年平均入侵流量分别为1.907 Sv与0.065 Sv,在黑潮中段地区,跨越200 m等深线流量呈现交错状分布,年平均净通量为0.982 Sv,表现为由东海陆架地区流向黑潮。上述结果对黑潮与东海之间物质与能量交换研究有一定参考价值。     

东海黑潮水团的初步分析

本文根据CSK和JMA的1302个观测站次的实测资料1),对九州和琉球群岛以西，水深大于200米的东海黑潮区域内的水团进行分析。 研究海区的最大水深约2719米。1000米等深线仅在冲绳岛和宫古岛之间海峡折入太平洋,说明该海峡是研究海区和太平洋深层水交换的重要通道。1500米等深线在研究海区的南部呈现封闭曲线,反映出该海区水深大于1500米的深层水具有一定的“弧立性”。 须田皖次(1930,1931,1938)、宇田道隆(1930,1941)、安井善一(1932)、肥沼宽一(1938)、辻田時美(1950)、永井正男(1952)、赤松英雄(1952)、山野省三(1952)、加藤威夫(1957,1959)、毛汉礼等(1964)、A.M. Xapqehko(1968)、二谷颖男(1972)、西田英男等(1978)、佐原勉等(1979)和其他海洋学家都对研究海区的水团进行过一些研究,但都没有进行比较完整的分析。     

黑潮入侵东海陆架途径及其影响研究进展

基于中国科学院战略性先导科技专项(A类)"热带西太平洋海洋系统物质能量交换及其影响"的项目二"黑潮及其变异对中国近海生态系统的影响"的航次调查资料、历史资料和数值模拟结果,对黑潮入侵东海的途径、机理和影响研究取得了重要进展,主要认识和成果如下。在长江口邻近海域的赤潮高发区,多学科研究结果证实存在黑潮入侵东海陆架近岸的底部分支,该分支是黑潮影响近海生态过程的主要途径。进一步的研究发现该底部分支存在季节变化:通常情况下,在春季开始出现,在夏季7月份达到最强,可以入侵到近岸50m等深线位置,向北可到达30.5°N附近,然后在秋、冬季其入侵主轴位置逐渐远离岸线向外海偏移,不会入侵到50m等深线以西的近岸区域,该底部分支出现和赤潮发生具有一定的同步性。数值模拟和观测结果表明黑潮入侵底部分支还存在年际变化。基于地球动力学理论,提出了地形β-spiral理论,并为模拟结果和观测资料所验证,该理论可以很好的解释为什么黑潮入侵分支会存在,并且该理论预测出凡是黑潮路径与等深线不平行的地方都会发生入侵流的垂向偏转,底层流的方向和地形梯度的角度决定了入侵主要发生在底层还是表层,且该理论在世界大洋具有普适性。此外,研究还表明,黑潮入侵底部分支可以把具有高磷酸盐、高盐、溶解氧含量相对较低等特征的黑潮次表层水及热带藻种等物质输送到长江口邻近海域,从而对东海陆架生态系统产生重要影响。     

台湾以北黑潮水与陆架水的混合与交换

本文根据日本气象厅在台湾以北获得的调查资料及近几年国家海洋局在该海域获得的调查资料,结合卫星图片,分析了夏季和冬季台湾以北海域陆架水与黑潮水的混合与交换过程以及涡旋在水交换过程中所起的作用。结果表明,夏季陆架水从表层向外海方向扩展,与黑潮水进行混合与交换;在陆架底部,黑潮次表层水涌升陆架后与陆架底层水进行混合。冬季由于黑潮表层水大举入侵陆架,低温的陆架水只能沿陆架向南流动,并在台湾西北部转向东沿台湾北岸向东流动,该海域存在的涡旋就象一个旋转泵,在陆架水与黑潮水的混合与交换过程中起了重要的作用。最后,文中还对陆架水与黑潮水的交换量进行了估算。     

东海黑潮水与陆架水的季节性输运和交换

在流星分析和ｔ－Ｓ点聚分析的基础上，在台湾东北部ＩＳ断面和东海中部ＰＮ断面上选取适当的纵剖面作为分界面，将以面分成东、西两侧，计算了界面两侧的海水交换星。结果表明：１．东海陆架区海水交换可归纳为两种类型，即“穿插型”和“进退型”。２．参与分界面处海水交换总量的年平均是夏季最大，春、秋季次之，冬季最小。黑潮水向陆架区输运量为０．５８×１０６ｍ３／ｓ，陆架水向黑潮刚输运量为０．８４×１０６ｍ３／ｓ；参与交换的总量为１．４２×１０６ｍ３／ｓ．３．相对输运量计算结果表明；黑潮水对陆架区水文状况的影响是冬季最强，秋、春季次之，夏季最弱，而陆架水对黑潮区水文状况的影响是夏季最大，秋季次之，春季和冬季最小。     

长江入河口区生源要素的浓度变化及通量估算

利用近几十年长江大通断面的实测流量和生源要素（C、N、P、Si)资料，讨论了C、N、P、Si较长时间序列浓度的变化特征和长江入河口区的通量，结果表明，HCO3^-浓度比较稳定，波动较小；NO3^-,NO2^-,PO4^3-主要呈上升趋势；游离CO2，NH4^ 和SiO3^2-浓度表现出一定下降趋势；估算并研究了长江C、N、P、Si入河口区年内各月的平均通量，年际间各年的通量和多年平均的年均通量和主要变化特征；利用月通量序列以及相应的流量序列，拟合出可以利用已知的月均流量预测进入河口区的月通量的关系函数，这些研究是进行河口区生源要素收支平衡计算的重要基础。     

东海典型港湾表层沉积物中主要生源要素分布及污染状况分析

分别于2016年11月、2018年4月、2016年7月、2014年11月采集了福建东山湾、福宁湾、浙江象山港以及江苏大丰港52个表层沉积物样品,分析了表层沉积物中总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)、生物硅(BSi)、有机质(OM)及含水率(MC)的含量。TOC、TN、TP、BSi、OM及MC含量分别为:0.35%～1.52%,0.08%～0.32%,0.020%～0.074%,0.28%～1.89%,1.86%～9.53%,19.55%～52.55%。福宁湾TN和BSi含量较高,东山湾TP含量较高,而象山港TOC含量较高。从元素之间的摩尔比来看,本研究中各港湾沉积物中的TOC均主要来自浮游植物等水生生物,而TOC的分解和再生速率应远高于BSi的溶解速率。根据主要生源要素污染评价标准,东山湾海域污染较严重,TN、TP、TOC均达到Ⅱ级污染标准。福宁湾及象山港TN、TOC均为Ⅱ级污染。而大丰湾海域总体污染较轻,只有TN超过Ⅱ级标准。     

黑潮主流径海域海水中的无机碳及其对东海陆架区的影响

基于2014年5—6月对黑潮主流径及毗邻东海陆架海区的调查,研究了该区域水体中无机碳体系参数(p H、总碱度TAlk、溶解无机碳DIC及DIC/TAlk)的垂直与水平分布,在此基础上定量评估了黑潮输入对东海陆架海区无机碳收支的影响。结果表明,黑潮水体中DIC、TAlk与DIC/TAlk总体而言随水深增加而升高,p H降低,综合体现了浮游植物生产、海-气界面交换、有机物降解及Ca CO3溶解等过程的影响;上升流中心站位无机碳参数均受较深层水体上涌影响,与黑潮主流径其它站位略有不同。东海陆架海区外侧站位表层、30m层无机碳主要受台湾海峡暖流影响,高p H、低DIC/TAlk的黑潮表层水影响区域局限于东南部;而在底层,低p H、高DIC/TAlk的黑潮入侵流离开黑潮主流径向正北方延伸并抬升至钱塘江口附近;上升流对无机碳的影响持续至表层,其携带的黑潮中层水因此也可能进入陆架海区。水量模型估算黑潮水在5—10月间跨域陆架边缘向东海陆架区输入溶解无机碳总计58798.9×109mol,净输入达37382.9×109mol,而东海向外输出的无机碳绝大部分经由对马海峡进入日本海。     

东海黑潮热核的时空变化

利用美国国家海洋大气管理局2007年发布的全球海域温度数据库资料和美国国家地球物理数据中心2006年发布的海底地形数据库资料,对东海黑潮热核(即高温区)的时空分布进行了分析。结果显示:从表层到250m深,东海黑潮热核的分布区域由表层的靠近中轴线附近逐渐偏向黑潮的东部边缘,分布范围由表层占黑潮流幅的30%以上缩减到250m深度的10%左右,250m以下热核的分布范围和区域再没有明显的变化;从表层到水深200m,从东海黑潮的入口到出口,热核的温度与深度呈下降的趋势,在200m以下呈上升的趋势,2月份上层下降的趋势最明显;热核在台湾东北部和30°N附近进入吐噶喇海峡处均出现明显的转弯点,随着深度的增加热核的转弯点逐渐偏向东南,在台湾东北部200m水深以上热核转弯点分布还存在明显的季节变化。     

东海黑潮区硝酸盐含量及其高值区的季节分布特征

利用2010年NOAA发布的全球海域营养盐数据, 对东海黑潮区硝酸盐含量及其高值区的季节分布进行分析。结果表明: (1) 东海黑潮区NO3?-N平均浓度夏季最高、冬季最低, 陆架高、外海低, 硝酸盐浓度随深度而增高, 增高趋势秋季最强, 春季最弱。(2) 在东海黑潮区100—300m水层之间存在着硝酸盐跃层和深层水的涌升; 深层水涌升强度越大, 跃层位置深度越浅。(3) 在东海黑潮区, 从表层至深层的NO3?-N高值区主要分布在台湾东北海域、黑潮中段海域和九州西南海域, NO3?-N高值区和高值中心呈明显的季节性变化; 上述区域是今后东海黑潮区需要密切关注的海洋渔业资源丰富的海域。     

东海陆架及邻区新构造运动特征

东海位于大陆板块与大洋板块接合部位,受两大板块活动的影响,新构造期海域活动强烈。我们结合最新收集资料文献,从地形地貌、地热异常、断块体的水平位移和垂直差异升降、活动断裂、地震活动及岩浆岩活动等方面,着重论述了东海陆架及邻区的新构造运动特征。为东海海域新构造分区、地震预测、区域稳定性评价等提供若干资料及依据。     

关于东海黑潮流量某些特征的分析

基于1955-1990年G－PN断面资料，详细分析东海黑潮流量的分布特征及其变异，以进一步研究东海黑潮流量的变化规律。主要结果表明，（1）东海黑潮流量的多年平均值为22．7×106m3/s，春、夏和冬3季，流量的多年平均值相差甚小。（2）G－PN断面两段不同观测期间内，多年平均流量及其季节变化皆有一定差别。（3）东海黑潮流量的分有存在一定的区域性差异，与通过G－PN断面的流量相比，台湾东侧海域的黑潮流量较大，而吐噶喇海峡的流量略小些。     

黑潮跨陆架入侵东海年际变化的数值模拟

为了研究黑潮跨过200m等深线对东海入侵的年际变化特征,本文基于ROMS(Regional Ocean Modeling System)海洋模式,对西北太平洋海域进行了高分辨率的数值模拟,模式水平分辨率高达4km,该分辨率可以很好地分辨黑潮以东区域的中尺度涡旋等过程。模式首先进行了6年的气候态模拟,然后进行了1993到2015年的后报模拟。模式很好地再现了东海陆架已知的环流结构,模拟出的对马海峡和台湾海峡的年平均流量和观测结果也比较一致。基于模式结果,利用旋转经验正交函数(REOF)的方法,对黑潮跨过200m等深线流量的年际变化进行分析。REOF的主要模态表明,黑潮跨过200m等深线对东海陆架的入侵主要发生台湾东北,并且入侵主要集中在黑潮次表层水中。主要模态的时间系数表明,黑潮入侵东海陆架的年平均流量存在一个8年的变化周期。相关性分析表明,黑潮入侵东海陆架的年际变化和太平洋年代际振荡PDO(Pacific Decadal Oscillation)指标具有显著的负相关,其相关系数达–0.63。该相关可以通过如下过程解释:PDO会导致东太平洋风应力涡度异常,由Sverdrup关系可知向赤道的体积输运也会相应地产生异常,根据质量守恒,向赤道体积输运的异常必然通过西边界流-黑潮的异常来平衡,从而导致黑潮入侵东海陆架强烈的年际变化。     

黑潮对东海网采浮游植物群落组成与分布的影响

黑潮入侵深刻影响东海生态环境,但对其如何影响浮游植物群落组成与分布仍知之甚少。为此,于2011年四季对东海(26°～33°N,121°～128°E)共164个站位进行浮游植物拖网采集和环境因子测定,分析了浮游植物丰度和优势种组成及其对黑潮入侵的响应。调查共检出浮游植物9门509种(含变种、变型和未定种),其中硅藻305种、甲藻154种,蓝藻、定鞭藻、金藻、裸藻、绿藻、隐藻和黄藻种类数较少。秋季浮游植物细胞丰度最高(30 496.91×10³ cells/m3),高值区位于黑潮与长江冲淡水交汇形成的锋面处;夏季次之(28 911.28×10³ cells/m³),高值区分布与秋季相似;春季较少(19 180.76×103 cells/m3),高值区位于舟山群岛东南部;冬季最低(472.36×10³ cells/m³),高值区位于东海南部。冬季受黑潮表层水入侵影响,主要优势种为铁氏束毛藻(Trichodesmium thiebautii);春、夏季主要优势种为骨条藻(Skeleto...     

流核位置和流量变化对东海黑潮锋面弯曲影响的研究

本文运用简化的η坐标POM模式研究了东海黑潮锋面弯曲的产生与成长机制。主要考察了在给定的地形下,流核位置和流量变化对锋面演变的影响。当黑潮流核远离陆架时,因其锋区正好在陡的陆坡之上,斜压不稳定贡献减小,此时不论黑潮的流量强弱,其锋面都不会出现如观测所示的弯曲;当黑潮流核接近陆架时,因其锋区爬上陆架,斜压不稳定加强,小扰动能够充分发展并导致锋面弯曲,它的三维结构和观测的结果基本一致。平均波长约为250km,位相速度约为17km／d。扰动成长的主要机制是斜压不稳定,锋面弯曲的主要能源是平均有效位能。