近海系统化生态-沉积-环境动力学数值模式—理论基础

基于中国近海生态环境、泥沙沉积、生态养殖等方面的研究和评价需要,本研究拟发展一套海洋生态-沉积-环境动力学耦合模式,包括生态、沉积物输运、精细化水质、养殖、物质扩散及粒子追踪和评估评价六个模块,其通过相互之间耦合,协同构成一个功能全面的系统模式。模式特别考虑沉积和养殖对水动力的作用、沉积物的光效应、有机颗粒物在海底的沉积和再悬浮等问题或过程。作为系统模式研究的先行工作,本文阐述了模式的理论基础,包括构建模型系统的概念框架,模式中典型的物理、生物、化学、沉积过程的理论介绍及其主要参数化表达方式,并给出了已有模块包括耦合模块的模拟结果。     

三峡水库正常蓄水后长江口海域营养盐分布与结构变化

根据2010-2011年对长江口及其邻近海域的调查资料,研究了三峡水库正常蓄水后长江口及其邻近海域营养盐的分布变化特征,并与三峡大坝合拢蓄水前的2002年同期数据进行了比较。结果表明,与三峡大坝合拢蓄水前相比,三峡水库正常蓄水后长江口海域溶解无机氮、无机磷含量显著增大,且无机磷含量增幅更大(60%),但活性硅酸盐含量显著降低(20%),并由此导致长江口海域N/P比值明显降低和Si/N比值的大幅度降低。此外,三峡水库秋季蓄水活动造成的入海径流量的减少,导致该季节长江冲淡水扩展范围和营养盐浓度及影响范围显著减小。     

渤海近岸水体有色溶解有机物的光吸收特征及其分布

依据2011-08和2012-05的现场调查资料,分析渤海水体有色溶解有机物(CDOM)的光谱吸收特性,研究其分布变化特征及影响因素。结果表明:渤海水体a_(355)的变化范围为0.38~4.15m~(-1),均值为1.33m~(-1),表现为莱州湾渤海湾辽东湾,春季夏季的时空变化特征;表层海水a_(355)的水平分布基本呈近岸及河口区高、远岸稍低的变化规律。光谱斜率S_(275~295)和S_(350~400)的变化范围分别为0.011~0.074nm~(-1)和0.012~0.195nm~(-1),春季整体高于夏季。光谱斜率比S_R的变化范围为0.25~2.25,平均值为0.88,夏季略高于春季,其中春季渤海湾最高,莱州湾次之,辽东湾最低;夏季则莱州湾高于渤海湾。渤海春季水体CDOM主要来源于生物现场生产和底层沉积物再悬浮释放,夏季则主要受陆源径流输入的影响。不同时空条件下CDOM在咸淡水的混合过程中也有着不同的表现,春季多呈非保守行为;夏季莱州湾呈保守行为,渤海湾则呈非保守行为。     

入海泥沙的减少对长江口赤潮增加有贡献吗?

过去几十年来全球近海有害藻华（又称赤潮）发生频率持续增加。人类活动造成的河口-近海富营养化程度的加剧,被认为是导致全球有害藻华增加的主要原因。但是,富营养化程度的加剧可能不是全球有害藻华增加的惟一原因。河流入海的非营养盐类的其他物质通量变异（如泥沙）,也可能显著影响河口-近海的生物活动乃至赤潮的发生。过去40年来随着长江入海营养盐通量的增加,长江入海泥沙通量减少了70%。长期观测资料显示,由于泥沙减少使得长江口羽状流区光照条件显著改善,长江口浮游植物生物量最大值区已扩展至更低盐度的区域。此外,过去40年来长江口赤潮发生频率变化与长江入海泥沙通量变化呈现镜像关系,且二者呈显著的负相关关系。因此认为,长江入海泥沙的剧烈减少降低了羽状流区水体浊度,从而对长江口区赤潮频率的增加有一定贡献。     

春季东印度洋次表层亚硝酸盐最大值的分布特征及影响因素

根据2013年春季东印度洋现场调查资料,研究了次表层亚硝酸盐最大值的空间分布特征及其形成机制。结果表明,春季东印度洋次表层亚硝酸盐最大值(PNM)一般位于75~100m水层中,且呈现斑块状分布,在赤道附近PNM所处深度较深,随着南北纬度的增加,PNM水深相应抬升。PNM位于温密跃层/营养盐跃层的中上部,且与次表层叶绿素最大值层(SCM)存在显著的相关关系。在深度上,PNM一般位于SCM层内下半部,且PNM深度随SCM深度的增加而增加;在量值上,PNM量值与同层叶绿素a质量浓度呈现显著正相关关系。结合PNM的影响因素分析,认为东印度洋PNM主要是源自浮游植物的释放。     

海水溶解氧标准指数计算新方法

溶解氧是海水水质评价的一个重要参数。但是,我国现行的溶解氧单因子标准指数计算方法,存在方法原理及科学依据不甚明确、评价结果有时不合理等问题,不能准确地反映海水水质状况。一般污染物的标准指数与其质量浓度呈正比关系,而溶解氧的标准指数与溶解氧质量浓度呈反比关系。基于这一反比关系及其他相关的科学研究事实,提出了溶解氧标准指数计算的新方法,该方法克服现行溶解氧单因子标准指数计算方法的缺点,并具有方法原理明确、逻辑推导清晰、评价结果合理且具有可比性、使用简便等优点,适用于海水溶解氧标准指数计算和水质评价,亦可应用于淡水体系。     

胶州湾营养盐的长期变化及其生态效应

依据改革开放40 a来胶州湾营养盐状况历史资料以及2018—2019年的现场调查,对胶州湾营养盐历史变化过程及其生态效应进行了系统分析。结果表明:营养盐的浓度变化大致以2008年为分界节点,在2008年前胶州湾溶解无机氮(DIN)浓度呈现持续上升趋势,而溶解无机磷(DIP)、活性硅酸盐(DSi)浓度则先略有减少后快速增加;2008年后胶州湾3种营养盐浓度均快速减少。营养盐限制状况由20世纪80年代初期的氮限制、20世纪90年代的硅限制转变为目前的磷限制。胶州湾Chl a年均质量浓度一直在3μg·L^-1上下波动但近年来则呈下降趋势,浮游动物生物量1994年后大幅度增加。分析发现,入湾营养盐通量的增加和海域面积缩小是2008年前胶州湾营养盐浓度增加的主要原因,而近十几年来胶州湾环境综合整治措施的大力实施则是氮、磷营养盐浓度减少的主要原因。2010年以前贝类养殖是控制胶州湾浮游植物生物量的主要因素,但近年来溶解无机磷浓度的减少和浮游动物生物量的增加是Chl a质量浓度呈下降趋势的主要原因。     

东印度洋中部缺氧区的季节变化特征

依据2013春、2016夏、2016秋三季在东印度洋中部开展的水体综合调查资料,研究东印度洋中部缺氧区(ρ_(DO)2mg/L)的季节变化。结果表明:垂向分布上,缺氧区上边界一般位于水深100～150 m,厚度春季最厚、秋季次之、夏季最薄。平面分布上,春季缺氧区范围最大,主要位于89°00′E以东海区,其南端越过赤道向南扩展至1°12′S;夏季缺氧区的南端退缩至赤道以北海域,且分布面积最小;秋季缺氧区东西向的位置与春季相反,主要位于赤道91°00′E以西海域,其南向扩展范围可达赤道附近。从氧跃层强度来看,赤道附近氧跃层强度最强,由此向南、向北氧跃层强度逐渐减弱,与温跃层变化一致。研究表明,东印度洋中部缺氧区源于孟加拉湾缺氧区的南扩,季风性环流变化是缺氧区扩展范围季节变化的主要控制因素,有机碎屑的分解耗氧和高强度的水柱层化是缺氧区得以形成和维持的重要保障。