黃海溶解氧的平面分布特征及其季節(jié)變化*

辛 明，馬德毅，王保棟，3＊＊，韋欽勝，3，孫 霞，3，謝琳萍，3

（1.中國海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266100；2.國家海洋局第一海洋研究所海洋生態(tài)研究中心，山東 青島266061；3.海洋生態(tài)環(huán)境科學(xué)與工程國家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島266061）

海水中的溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）作為一項(xiàng)非常重要的海洋學(xué)參數(shù)，其含量水平不僅是反映生物生長狀況和環(huán)境質(zhì)量狀況的重要指標(biāo)［1］，而且也是研究海洋中各種物理、生物和化學(xué)過程的重要參數(shù)［2］。

黃海位于太平洋西北部的邊緣，屬于半封閉陸架淺海［3］。我國海洋學(xué)家對黃海溶解氧的分布變化特征進(jìn)行過多次調(diào)查和研究，發(fā)表了不少文章［4－9］。但由于種種原因，以往的調(diào)查往往是在南黃海或北黃海分別進(jìn)行，鮮有南、北黃海同步或準(zhǔn)同步調(diào)查資料，導(dǎo)致目前對整個黃海海域DO的總體分布特征及其變化規(guī)律還缺乏必要的了解和充分的認(rèn)識。本文根據(jù)2006—2007年的最新調(diào)查資料，初步分析DO在整個黃海的平面分布特征，并結(jié)合溫度、鹽度等要素的同步觀測資料，探討它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，也為進(jìn)一步研究整個黃海的海洋生物地球化學(xué)過程提供基礎(chǔ)資料。

1 資料來源與方法

2006年7月～2007年11月，依托“我國近海海洋綜合調(diào)查與評價”專項(xiàng)對黃海海域進(jìn)行了夏（2006年7～8月）、冬（2007年1～2月）、春（2007年4～5月）、秋（2007年10～11月）4個季節(jié)的大面調(diào)查，調(diào)查范圍為31°N～40°N，119°E～126.25°E，共設(shè)置217個站位，其中南黃海布設(shè)142個站位，北黃海布設(shè)75個站位（見圖1），南黃海和北黃海的調(diào)查分別由國家海洋局第一海洋研究所和中國海洋大學(xué)組織完成。

調(diào)查過程中利用Sea－Bird 32CTD儀測定溫度、鹽度和深度，并用Niskin采水器采集水樣（根據(jù)站位水深情況，取表層、10、30、50m 和底層），DO含量依據(jù) Winkler碘量法［10］在現(xiàn)場進(jìn)行測定。

圖1 黃海調(diào)查站位圖Fig.1 Sampling stations in the Yellow Sea

2 結(jié)果與討論

2.1 DO平面分布

2.1.1 冬季 DO的含量整體較高，變化范圍為4.65～11.55mg·dm－3，平均值為9.07mg·dm－3。由圖2a可以看出，表層DO含量整體上呈現(xiàn)出南低北高、近岸高中央海域低的分布特點(diǎn)。進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，DO含量由近岸向中央海域逐漸降低，高值區(qū)出現(xiàn)在遼東半島南岸、山東半島沿岸、江蘇沿岸等近岸海域，最高值出現(xiàn)在山東半島最東部的南岸海域（CDO＞11.0mg·dm－3），并有向南擴(kuò)展的趨勢。低值區(qū)大致位于黃海南部的中央海域（CDO＜8.2mg·dm－3）。冬季強(qiáng)烈的垂直渦動混合作用使得表層高濃度的DO被帶至下層水體［7］，并導(dǎo)致大部分近岸海域中各層DO含量相差較小，且10m層、30m層、底層與表層DO的分布特征也較為一致（圖略）。值得注意的是，在水深大于70m的南黃海中央海域（34.5°N～37°N，123°E～124°E）出現(xiàn)一DO低值區(qū)（CDO＜8.0mg·dm－3）（見圖2b），這是由于在深水域垂直混合作用未達(dá)海底，下層持續(xù)消耗的溶解氧得不到補(bǔ)充的緣故。

圖2 2007年冬季黃海溶解氧（mg·dm－3）及溫度（℃）、鹽度的平面分布Fig.2 The horizontal distributions of DO（mg·dm－3），temperature（℃）and salinity in the Yellow Sea in winter，2007

DO含量的上述分布特征與冬季水文狀況密切相關(guān)。冬季黃海近岸海域主要受低溫、低鹽的沿岸水（蘇北沿岸水、魯北沿岸水、遼南沿岸水［11］等）控制，而中央海域主要受高溫、高鹽的黃海暖流水［12］的影響。由圖2c、2d可以看出，DO與水溫的平面分布呈相反態(tài)勢，黃海暖流低氧水舌由黃海東南部進(jìn)入調(diào)查海區(qū)，由此向西北部伸展，到達(dá)南黃海中部后轉(zhuǎn)為向北擴(kuò)展進(jìn)入北黃海，這與黃海DO的低值范圍基本一致，而DO的高值范圍與黃海沿岸流的分布較為一致。相關(guān)分析表明，DO含量與溫度成顯著負(fù)相關(guān)（r＝－0.91，n＝701），這說明冬季黃海DO含量主要受水溫控制，其平面分布與環(huán)流場布局密切相關(guān)。

2.1.2 春季 春季，黃海DO含量變化范圍為5.91～11.87mg·dm－3，平均值為9.57mg·dm－3，較冬季有所升高。DO總體分布延續(xù)了冬季北高南低的特征，但南、北差距縮?。ㄒ妶D3a）。整體上看，DO分布有2個顯著特點(diǎn)：一是，除底層外各層DO分布態(tài)勢在南、北黃海相似，均呈現(xiàn)出中央高、四周低的特點(diǎn)，等值線多呈閉合狀，其中北黃海高值區(qū)出現(xiàn)在山東半島北岸及北黃海中央海域（CDO＞10.6mg·dm－3）；南黃海高值區(qū)出現(xiàn)在南黃海中北部（CDO＞10.2mg·dm－3）。二是，整個黃海底層（見圖3b）DO與上層水體DO分布趨勢相反，南、北黃海均呈中央低、四周高的特點(diǎn)。值得注意的是，南黃海西南部自表層至底層出現(xiàn)一伸向東北方向的低氧水舌，這是由于春季臺灣暖流的強(qiáng)度較冬季有所增強(qiáng)，其流向沿中陸架向北推進(jìn)，把冬季陸架混合水和黑潮次表層水向北運(yùn)移［12］。

圖3 2007年春季黃海溶解氧（mg·dm－3）、葉綠素a（mg·m－3）及鹽度的平面分布Fig.3 The horizontal distributions of DO（mg·dm－3），Chl a（mg·m－3）and salinity in the Yellow Sea in spring，2007

春季正值浮游植物春華期（spring bloom），真光層中葉綠素a含量高［13］，浮游植物光合作用對水體的增氧作用明顯。在黃海中央海域上層水體存在DO高值區(qū)，而溫度的分布呈現(xiàn)出中央高、近岸低的特點(diǎn)，顯然水溫不是主要的影響因素。圖3c顯示DO高值與葉綠素a高值范圍相符，這顯然是由于中央海域透明度高，浮游植物在較好的光照條件下光合作用強(qiáng)導(dǎo)致氧含量增加的緣故。黃海中央海域底層水體出現(xiàn)等值線閉合的DO低值區(qū)，結(jié)合底層鹽度（見圖3d）的分布可以得出，由于春季上層水體溫度升高，上、下水體之間溫、密躍層開始顯現(xiàn)（中央海域上層水體溫度差、鹽度差分別為1.07℃、0.76），垂直交換受阻，導(dǎo)致下層DO得不到及時補(bǔ)充，DO含量因有機(jī)質(zhì)分解耗氧而降低。水深越大，DO的低值封閉區(qū)就越明顯，于是在40～50m等深線以深的黃海中央海域底層形成DO低值的封閉區(qū)。

2.1.3 夏季 夏季DO含量的變化范圍為1.36～10.36mg·dm－3，其平均值為7.49mg·dm－3。由圖4可以清晰的看出，DO在各層的分布特征差別較大。

表層DO分布整體上呈中央低、四周高的趨勢（見圖4a）。黃海中央海域由于上層水體溫度較高而出現(xiàn)DO低值。在遼東半島南岸、山東半島沿岸由于水溫較低而出現(xiàn)DO高值。值得注意的是，在蘇北沿岸海域，由于水深較淺，溫度較其它近岸海域高，造成DO含量較低。長江口東北部出現(xiàn)一伸向東北方的高氧水舌，同時該處表現(xiàn)出相對低鹽的特性，這是由于夏季長江沖淡水帶來的高營養(yǎng)鹽，使浮游植物活動旺盛，從而出現(xiàn)DO高值。10m層DO分布（圖略）與表層的區(qū)別在于南、北黃海中央海域出現(xiàn)DO高值，這是由于在10m層葉綠素a 出現(xiàn)高值的緣故［13－15］。

30m層DO分布總體上呈現(xiàn)南部低、中北部高的特點(diǎn)（見圖4b），最明顯的特征是在冷水團(tuán)海域出現(xiàn)高值。其原因有二：一是在黃海冷水域的溫躍層中水溫較低［4］，氧溶解度大，且躍層（20～40m）內(nèi)水體上、下交換受阻而有利于溶解氧的保存；二是由于葉綠素a次表層 最 大 值 （SCM）［8，16－17］的 出 現(xiàn)，光 合 作 用 增 氧 明顯。這與顧宏堪［4］、刁煥祥［18］及王保棟［8］等人對黃海夏季溶解氧垂直分布中的最大值的研究相一致，即在溫躍層附近存在明顯的DO最大值。而與此形成鮮明對比的是，北黃海DO在30m層的最大值現(xiàn)象卻不明顯。此外，在長江口東北部的低值區(qū)依然存在，且范圍較春季明顯擴(kuò)大，這與底層低氧水上涌有關(guān)［19］。

南、北黃海底層的DO分布有所不同（見圖4c）：北黃海底層DO的分布與上述30m層DO分布相似，而南黃海底層DO分布最明顯的特征是3個低值區(qū)：一是山東半島、蘇北沿岸海域出現(xiàn)低值，DO濃度普遍低于7.0mg·dm－3，這主要是由于底層近岸水溫高的緣故；二是調(diào)查海區(qū)東偏北方向出現(xiàn)低值（CDO＜7.0mg·dm－3），這顯然是黃海冷水團(tuán)的存在，上下水體交換不暢，底層有機(jī)物分解耗氧的結(jié)果，兩者分別與底層水溫的分布有關(guān)（圖4d）；第三個低值區(qū)出現(xiàn)在長江口東北部海域（CDO＜6.0mg·dm－3），其范圍較其上層明顯擴(kuò)大，DO最低值達(dá)到1.36mg·dm－3，出現(xiàn)明顯的缺氧區(qū)，這就是近年來受到廣泛關(guān)注的長江口缺氧區(qū)，結(jié)合以往的研究成果［7，20－21］，這是北上的長江沖淡水將因有機(jī)物分解而成低氧特性的水體向北運(yùn)移的結(jié)果。

綜上所述，夏季各層DO的分布差距較大，由于溫、鹽躍層的存在，尤其是黃海冷水團(tuán)的存在區(qū)域，對30m層和底層的DO分布影響明顯。

圖4 2006年夏季黃海溶解氧（mg·dm－3）及溫度（℃）的平面分布Fig.4 The horizontal distributions of DO（mg·dm－3）and temperature（℃）in the Yellow Sea in summer，2006

2.1.4 秋季 秋季DO含量的變化范圍為3.33～10.03mg·dm－3，其平均值為7.15mg·dm－3。

從整體上看，DO在表層（見圖5a）和10m層（圖略）的分布一致，總體上呈現(xiàn)南部低、中北部高的特點(diǎn)。南黃海DO含量大致均勻，呈現(xiàn)出由北向南逐漸降低的趨勢，南部海域的DO的低值區(qū)與高溫水舌范圍（見圖5d）較為一致，這說明此海域DO含量依然受臺灣暖流的影響，與春季相同。值得注意的是，黃海北部（122.5°E～124°E 、35.5°N～38.5°N附近海域）出現(xiàn) DO濃度大于7.8mg·dm－3的高值半封閉區(qū)，這與葉綠素a的高值范圍正好對應(yīng)［14］，而DO含量低值集中于近岸海域，與近岸海域溫度較高的區(qū)域相對應(yīng)，這說明秋季上層水體的DO受水溫與光合作用共同控制［22］。

30m層DO的分布（見圖5b）在南、北黃海表現(xiàn)出不同，區(qū)別在于：南黃海延續(xù)了夏季時30m層DO的分布特點(diǎn)，在中北部海域出現(xiàn)DO最高值（CDO＞7.8mg·dm－3），而北黃海卻與夏季相反，呈現(xiàn)出中央低、四周高的特點(diǎn)。

底層DO的分布（見圖5c）整體上呈現(xiàn)近岸高、中央低的分布趨勢。在南、北黃海中央海域出現(xiàn)閉合的DO低值區(qū)，且其含量較夏季明顯降低。由于秋季黃海冷水團(tuán)下沉到黃海槽內(nèi)，溫躍層的存在致使底層水體DO得不到補(bǔ)充，同時有機(jī)質(zhì)分解耗氧，DO含量進(jìn)一步降低，底層溶解氧飽和度僅為84%。

圖5 2007年秋季黃海溶解氧（mg·dm－3）及溫度（℃）的平面分布Fig.5 The horizontal distributions of DO（mg·dm－3）and temperature（℃）in the Yellow Sea in autumn，2007

2.2 季節(jié)變化

圖6 為黃海溶解氧及水溫的季節(jié)變化曲線。由圖可知，DO含量均值的季節(jié)變化順序?yàn)椋捍杭荆径荆鞠募荆厩锛尽囟鹊募竟?jié)變化趨勢為：夏、秋季高，冬、春季低。從整體上看，上層水體（表層與10m層）DO、溫度的變化趨勢相似，冬、春季上層水體溫度相近，但春季DO含量卻高于冬季，這顯然得益于浮游植物的光合作用。夏季上層水體溫度明顯升高，DO含量急劇下降，雖然秋季溫度有所降低，但DO含量與夏季基本持平，這說明上層水體的DO含量在春、夏季受浮游植物的光合作用影響較大。下層水體（30m層與底層）溫度自春季至秋季逐漸升高，同時DO含量逐漸降低。這是由于在此期間，溫躍層的存在使得上、下層水體交換不暢，下層水體有機(jī)物分解耗氧，導(dǎo)致DO含量進(jìn)一步降低。

圖6 黃海溶解氧及水溫的季節(jié)變化Fig.6 Seasonal variations of concentration of DO（mg·dm－3）and temperature（℃）in the Yellow Sea

3 結(jié)論

基于2006年7月～2007年11月對黃海4個季節(jié)的調(diào)查資料，本文分析和探討了黃海DO的平面分布特征及其季節(jié)變化，結(jié)果表明：

（1）冬季黃海溶解氧平面分布整體呈現(xiàn)南高北低、近岸高中央海域低的特點(diǎn)，其含量和分布主要受水溫的控制，而且強(qiáng)烈的垂直混合作用使得各層DO分布趨勢較為一致。春季各層DO分布呈現(xiàn)出南部低、中北部高的分布特征；在黃海中部海域底層DO含量較上層水體低。夏季，長江口東北部存在從上層到下層水體不斷擴(kuò)大的低氧區(qū)域；南黃海冷水團(tuán)海域存在顯著的DO垂直分布最大值現(xiàn)象，但在北黃海冷水團(tuán)海域則沒有此現(xiàn)象；黃海中部海域底層DO含量較春季明顯下降。秋季黃海上層水體中DO的總體分布趨勢為南部低、中北部高，其含量受溫度和光合作用共同控制；黃海冷水團(tuán)海域底層的DO含量較夏季明顯降低。

（2）黃海DO含量均值的季節(jié)變化順序?yàn)椋捍杭荆径荆鞠募荆厩锛?。自冬季至春季，浮游植物光合作用增?qiáng)，水體DO含量升高，自春季至夏季，上、下水體間的躍層顯現(xiàn)并逐漸增強(qiáng)，上層水體DO含量主要受浮游植物光合作用影響，下層水體由于有機(jī)物分解耗氧，同時DO得不到補(bǔ)充，其含量明顯降低。秋季，上層DO含量受浮游植物光合作用和水溫的共同控制，與夏季基本持平，下層水體由于黃海冷水團(tuán)的存在，有機(jī)物分解耗氧使得DO含量繼續(xù)降低。

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