黃海和東海表層懸沙濃度年際變化特征

尹琦珺，高抒，2，高明哲，易家成

（1.南京大學　地理與海洋科學學院，江蘇　南京　210046；

2.南京大學　海岸與海島開發(fā)教育部重點實驗室，江蘇　南京　210046）

黃海和東海表層懸沙濃度年際變化特征

尹琦珺1，高抒1，2，高明哲1，易家成1

（1.南京大學地理與海洋科學學院，江蘇南京210046；

2.南京大學海岸與海島開發(fā)教育部重點實驗室，江蘇南京210046）

運用547 nm反射率、海表溫度和海表風場遙感數(shù)據(jù)，分析了黃、東海表層懸沙濃度的年際變化特征、影響因素和形成機理。研究區(qū)近岸海域表層懸沙濃度較高，遠離陸地的海域懸沙濃度一般較低，且存在明顯的季節(jié)變化，其季節(jié)變化的敏感區(qū)（變化較大的區(qū)域，其反射率差大于1%）為渾濁羽狀流分布區(qū)域和近岸海域。該羽狀流從江蘇海岸向東偏南方向延伸至黃、東海陸架中部，其邊界以4 mg/L表層懸沙濃度為標志，冬季最盛，夏季最弱，甚至消失。研究區(qū)表層懸沙濃度也存在明顯的年際變化，其冬季敏感區(qū)為渾濁羽狀流與朝鮮半島之間的海域（即羽狀流東北部）、臺灣海峽、近岸海域、渾濁羽狀流南部邊緣；其夏季敏感區(qū)主要是近岸海域。懸沙濃度年際變化的幅度略小于季節(jié)變化。冬季黃海暖流和臺灣暖流對渾濁羽狀流的擴散起阻礙作用，二者基本框定了該季節(jié)渾濁羽狀流的邊界范圍，其年際變化形成多年尺度上冬季表層懸沙濃度的敏感區(qū)。雖然風浪作用對懸沙濃度變化有影響，但不是影響年際變化的主要因素。研究區(qū)冬季渾濁羽狀流的形成和擴展的變異是受陸架環(huán)流控制的，是表層懸沙向深海輸運的重要因素。此外，對敏感區(qū)的平均海表溫度與南方濤動指數(shù)（SOI）、太平洋十年濤動指數(shù)（PDOI）的相關分析結果表明，本區(qū)陸架環(huán)流的宏觀格局受到了厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）和太平洋十年濤動（PDO）的影響，而PDO的影響弱于ENSO。

懸沙濃度；年際變化；敏感區(qū)；輸運過程；中國東部陸架

中國東部陸架寬度大、物源供給豐富、懸沙濃度高、輸運過程活躍，是世界上研究懸沙輸運的理想地點之一。許多學者通過現(xiàn)場觀測方法分析了不同季節(jié)長江入海懸沙和江蘇海岸再懸浮沉積物的輸運路徑及其影響因素（蔡愛智，1982；楊作升等，1983；秦蘊珊等，1986，1989；楊作升等，1991，1992；高抒 等，1999；閔鳳陽 等，2010；Dong et al，2011），提出物質輸運受到潮汐-波浪、陸架環(huán)流和沉積物重力流的控制。近年來，在黃、東海大范圍海域表層懸沙濃度空間和時間變化分析等方面，廣泛應用了遙感圖像分析方法，得出了渾濁水體夏季向岸收縮、冬季向海擴張的規(guī)律（Yuan et al，2008；Shi et al，2010；惲才興等，1981；孫效功等，2000；吳傳慶等，2007；李婧等，2009；邢飛等，2010；楊揚等，2012）。這說明在冬、夏季陸架邊緣下沉流、上升流的圖景之上，還有更為復雜的懸沙向海擴散的機理（高抒，2013）。關于黃、東海懸沙濃度的時間變化分析，以往的研究多集中于對年內(nèi)季節(jié)變化的分析，而Yuan等（2008）指出，冬季黃、東海出現(xiàn)的渾濁羽狀流（即表層懸浮體濃度較高的舌狀水體，Turbid plume）和跨陸架流都可能存在很強的年際變化，亟待研究。本文的目的就是利用遙感數(shù)據(jù)，分析黃、東海表層懸沙濃度的年際變化特征，進而討論該特征產(chǎn)生的原因和陸架環(huán)流作用下表層懸沙向深海輸運的機理。

1　研究區(qū)概況

黃、東海是半封閉的陸架淺海（圖1）。本區(qū)有眾多河流入海，它們大多數(shù)懸沙濃度較高。其中，長江在20世紀80年代之前每年攜帶約5億t沉積物注入東海，這些沉積物成為東海陸架的重要沉積物來源（高抒等，1999）。黃河雖然現(xiàn)在注入渤海，但是它在1128-1855年間于江蘇注入黃海，在江蘇海岸堆積了大量黃河沉積物，這些松散沉積物經(jīng)過現(xiàn)代侵蝕作用再懸浮于海水中，成為黃海陸架的重要沉積物來源；此外，也有少量進入渤海的現(xiàn)代黃河沉積物通過陸架環(huán)流搬運到黃海（Lu et al，2011）。研究區(qū)盛行季風，冬季為偏北風且強勁，夏季風偏南而稍弱。

圖1　黃、東海地形和陸架環(huán)流示意圖（據(jù)Yuan et al，2008；Dong et al，2011）

黃、東海的陸架環(huán)流主要由北向的黑潮、臺灣暖流、對馬暖流、黃海暖流和南向的蘇北沿岸流、浙閩沿岸流、韓國沿岸流、遼南沿岸流以及東向的長江沖淡水等組成。其中，黑潮為高溫、高鹽水體，從臺灣東部進入東海，沿陸架邊緣向東北方向流動。臺灣暖流為黑潮的一個分支，從臺灣東北部向東北方向流動，最遠可到達長江口以北（孫效功等，2000），它在向北流動的過程中，部分海水受地形和南侵的黃海水阻塞，轉向東或東南，然后再轉向東北，成為對馬暖流的一部分，臺灣暖流終年存在于東海大陸架上，冬季較夏季穩(wěn)定（郭炳火等，1987）。對馬暖流是黑潮的另一分支，流向東北，進入對馬海峽。黃海暖流高溫、高鹽的水體源于對馬暖流，它具有明顯的季節(jié)變化，冬季向西北方向流動，入侵黃海，是黃海冬季環(huán)流的重要組成部分，而在夏季這股暖流消失 （Yuan et al，2008；Xu et al，2009）。蘇北沿岸流同樣具有明顯的季節(jié)變化，它冬季在江蘇沿海自北向南流動，但這股沿岸流在夏季卻變?nèi)趸蛘呦?，甚至在更加近岸的淺海出現(xiàn)弱的反向流（Yuan et al，2008）。浙閩沿岸流自北向南沿浙江、福建沿海流動。長江沖淡水即長江注入東海的淡水，冬季長江徑流量小，沖淡水量也相應較小，其出口門后向南流動；夏季長江徑流量大，相應地沖淡水量也較大，影響范圍較廣，沖淡水表層發(fā)生向東和東北方向的偏轉，底層仍為向南流動（毛漢禮等，1963；蔡愛智，1982；楊作升等，1983）。

2　數(shù)據(jù)收集與分析方法

本文所用反射率遙感數(shù)據(jù)來自Aqua衛(wèi)星搭載的MODIS傳感器，2015年1月下載自美國國家航空航天局（NASA）戈達德地球科學數(shù)據(jù)和信息服務中心 （GES DISC） 的網(wǎng)站 （http：//daac.gsfc. nasa.gov/）。Yuan等（2008）使用TerraMODIS551nm歸一化離水輻射率數(shù)據(jù)來反映黃、東海海域的渾濁羽狀流，是因為該波段對葉綠素的吸收最少，包含最少有關葉綠素濃度的信息，適用于研究海表面懸沙濃度。因此，本研究選用相鄰的547 nm波段。由于研究區(qū)域所覆蓋的范圍較廣，既包含葉綠素對水體光學特性起主要作用的第一類水體，如離岸較遠的海域，又包含無機懸浮物質或黃色物質對水體光學特性起明顯作用的第二類水體，如人類活動影響較大的近岸海域，兩種水體一般具有不同的懸沙濃度反演算法，且二者之間的界線難以準確劃分；此外，也缺乏合適的用于校正經(jīng)驗或半經(jīng)驗反演公式的實測數(shù)據(jù)，因此，本文并未對反射率數(shù)據(jù)進行懸沙濃度反演，而是通過反射率數(shù)據(jù)來定性反映研究區(qū)表層懸沙濃度大小。數(shù)據(jù)覆蓋了2003-2014年的冬、夏季節(jié)。其空間分辨率為4 km。為使數(shù)據(jù)盡可能具有季節(jié)代表性，并減小由于云遮擋造成的數(shù)據(jù)缺失面積，對所用數(shù)據(jù)做了冬、夏季季節(jié)平均，即分別計算每年12、1、2月3個月和6、7、8月3個月的平均值。

同樣，海表溫度數(shù)據(jù)也來自Aqua MODIS，2015年 1月下載自 NASA GES DISC的網(wǎng)站。MODIS 3級產(chǎn)品有3種海表溫度數(shù)據(jù)，分別是白天11 μm、夜晚11 μm和4 μm波段的數(shù)據(jù)，三者具有相似的結果。因此，本文僅選用白天11 μm的數(shù)據(jù)進行分析。與反射率數(shù)據(jù)一致，海表溫度數(shù)據(jù)包含了2003-2014年冬、夏季的時間序列數(shù)據(jù)，空間分辨率為4 km，并計算了季節(jié)平均值。

海表風場數(shù)據(jù)來自NASA噴氣推進實驗室（JPL）的多平臺交叉校正數(shù)據(jù)，即綜合多種衛(wèi)星傳感器數(shù)據(jù)得到，2015年2月下載自http：//podaac. jpl.nasa.gov/。該數(shù)據(jù)包括2003-2011年。其空間分辨率為0.25°，約25 km。本文取季節(jié)平均值，以便與其他數(shù)據(jù)集相匹配。

此外，本研究還用到了南方濤動指數(shù)（SOI）和太平洋十年濤動指數(shù)（PDOI）。SOI數(shù)據(jù)2015年2月下載自美國國家海洋大氣局（NOAA）國家環(huán)境預測中心（NCEP）的網(wǎng)站（http：//www.cpc.ncep. noaa.gov/），PDOI數(shù)據(jù)2015年2月下載自美國華盛頓大學大氣和海洋研究聯(lián)合研究所（JISAO）的網(wǎng)站（http://www.jisao.washington.edu/）。對這兩個指數(shù)都采用3個月滑動平均法進行了計算。

3　結果

3.1黃、東海表層懸沙濃度季節(jié)變化特征

圖2和圖3展示了黃、東海2003-2014年間冬、夏季547 nm反射率圖像。反射率高表示懸沙濃度高，反射率低則懸沙濃度低，白色為陸地或無數(shù)據(jù)區(qū)域。從圖中可以看出，不論是冬季還是夏季，近岸海域表層懸沙濃度都較高，遠離陸地海域的懸沙濃度一般較低。這與近岸海域水深較淺，風浪引起的再懸浮泥沙容易到達表層，以及眾多河流入海，提供豐富的沉積物來源有關。

圖2　黃、東海2003-2014年冬季547 nm反射率圖（單位：%）

圖3　黃、東海2003-2014年夏季547 nm反射率圖（單位：%）

研究區(qū)冬、夏季表層懸沙濃度最明顯的變化當屬從江蘇沿岸向東偏南方向延伸至黃、東海陸架中部懸沙濃度相對較高的渾濁羽狀流的消長。劉芳（2005）基于南黃海和東海北部的實測數(shù)據(jù)建立了AVHRR可見光和近紅外波段的反射率與表層懸沙濃度之間的函數(shù)關系，其中550～680 nm波段的反射率與懸沙濃度的回歸系數(shù)高達0.928 3，其回歸方程如式（1）所示：

式中，SSC為表層懸沙濃度（mg/L）；R為550-680 nm波段的反射率。本文的研究區(qū)域和所用波段與其相近，因此式（1）可用于估算羽狀流的懸沙濃度。

計算結果表明，冬季該羽狀流近岸部分的反射率最高可達3.3%，懸沙濃度約為54 mg/L；反射率為2%的等值線所對應的懸沙濃度約為14 mg/L（圖2），基本能夠框定羽狀流的核心部分；1%的反射率等值線大致可以作為羽狀流的邊界，其對應的懸沙濃度約為4 mg/L；此外靠近大洋的大部分海域的反射率都低于0.5%，即懸沙濃度小于2 mg/L。Dong等（2011）測得冬季南黃海和東海水深小于60m的淺海區(qū)域的表層平均懸沙濃度分別為13.5 mg/L和28.5 mg/L，大于60 m的深海區(qū)的平均濃度小于4 mg/L；楊揚等（2012）通過分析遙感數(shù)據(jù)得到的表層懸沙濃度次級鋒面與本文中的1%反射率等值線的位置大致相同，其對應的懸沙濃度約為2～ 6 mg/L；楊作升等（1991、1992）的實測數(shù)據(jù)顯示春、夏季南黃海和東海北部的大部分海域表層懸沙濃度都小于2 mg/L；高抒等（1999）也測得夏季大部分東海海區(qū)的表層懸沙濃度均小于5 mg/L。這說明以上懸沙濃度反演結果與前人實測數(shù)據(jù)在量級上保持一致，羽狀流的表層懸沙濃度約為101mg/L量級，除此以外的大部分“清潔”海域的濃度值在100mg/L的量級上。

該渾濁羽狀流在所研究的2003-2014年每年冬季都無一例外地出現(xiàn)在黃、東海陸架上，而在夏季卻幾乎消失殆盡。由于在研究區(qū)的大部分海域，冬季的懸沙濃度明顯高于夏季，因此，對圖中的每一個點，計算每年的冬季反射率與夏季反射率之差，然后對2003-2014年這12年求平均值，即

式中，Rseasonal為所求冬、夏季反射率之差的平均值，代表研究區(qū)相應位置表層懸沙濃度季節(jié)變化的多年平均大?。籖wi為i年冬季反射率；Rsi為i年夏季反射率。進而繪制研究區(qū)反射率季節(jié)變化空間分布圖（圖4），從中可以看出，研究區(qū)表層懸沙濃度存在明顯的季節(jié)變化，變化較大也即較敏感的區(qū)域（以下簡稱敏感區(qū)，其反射率差大于1%）主要有兩個：（1）渾濁羽狀流分布區(qū)域，這與我們的目視觀察相印證；（2）近岸海域，這應與其再懸浮作用有關。

圖4　黃、東海反射率季節(jié)變化空間分布圖（以Rseasonal表示）

3.2黃、東海表層懸沙濃度年際變化特征

在目視解譯的基礎上，按照季節(jié)變化分析中所建立的方法，對圖中的每一個點，分別計算冬、夏季反射率時間序列的極差，即

式（3）、（4）中Rinter-annualw和Rinter-annuals分別為冬、夏季反射率的極差；Rw2003，Rw2004，…，Rw2014和Rs2003，Rs2004，…，Rs2014分別為2003-2014年冬、夏季的反射率。所獲的研究區(qū)冬、夏季反射率年際變化幅度的分布（圖5）顯示，冬季表層懸沙濃度年際變化的敏感區(qū)主要包括4個區(qū)域（圖6）：（1）渾濁羽狀流與朝鮮半島之間的海域，即羽狀流東北部，這也是本文重點研究的區(qū)域，以下簡稱敏感區(qū)I；（2）臺灣海峽；（3）近岸海域，可能與其較高的懸沙濃度有關；（4）渾濁羽狀流南部邊緣。夏季的敏感區(qū)主要是近岸海域，其中，蘇北廢黃河口附近海域的變化最為明顯。

對比圖4和圖5發(fā)現(xiàn)，懸沙濃度季節(jié)變化敏感區(qū)的覆蓋面積明顯大于年際變化；圖4中反映季節(jié)變化程度的冬、夏季反射率平均差值的最大值為2.73%，而圖 5中冬季年際變化的最大值為2.52%，夏季為2.37%，季節(jié)變化的最大值略大于年際變化。故研究區(qū)表層懸沙濃度確實存在明顯的年際變化，其變化幅度略小于季節(jié)變化。

圖5　黃、東海反射率年際變化空間分布圖（a.冬季，以Rinter-annualw表示；b.夏季，以Rinter-annuals表示）

4　討論

4.1黃、東海冬季表層懸沙濃度年際變化的成因分析

關于黃、東海冬季渾濁羽狀流的成因，已有學者做過研究，但并未形成一致結論。孫效功等（2000）提出，黃、東海懸浮體的擴散分布特征是由該海域不同流系的相互作用決定的，冬季，蘇北沿岸流攜帶蘇北近岸的高濃度懸浮體沿岸向南運動，至長江口以北由于臺灣暖流的阻礙和頂托作用而轉向東南方向，形成一伸向東南的高濃度懸浮體水舌；Yuan等（2008）同樣認為跨陸架環(huán)流導致了這一渾濁羽狀流；Dong等（2011）也持相同觀點。而Shi等（2010）綜合水色、海表溫度、風速和高程異常等數(shù)據(jù)后，卻得出了渾濁羽狀流的形成歸因于冬季風的混合作用以及由于海表溫度降低所導致的混合層加深的結論。所以，以下將從陸架環(huán)流和風場兩個方面著手進行分析。

由于臺灣暖流和黃海暖流的水體均源于黑潮，具有高溫的特性，因此在研究區(qū)冬季海表溫度圖中較易識別（圖7）。研究區(qū)不同年份的海表溫度具有相似的空間分布格局，但也存在明顯的年際變化。那么，冬季表層懸沙濃度的年際變化與海表溫度的年際變化之間有沒有關系呢？對海表溫度和表層懸沙濃度進行了相關分析。利用2003-2014年冬季海表溫度和反射率的時間序列數(shù)據(jù)，選取12℃等溫線與海岸線包圍的面積、反射率為1%的等值線與海岸線包圍的面積這兩個特征量進行相關分析。前者在一定程度上能夠反映冬季黃海暖流和臺灣暖流的強弱，其值小，則暖流強，反之則暖流弱；后者大致表示渾濁羽狀流的覆蓋面積。由于每年的反射率數(shù)據(jù)或多或少都存在云遮擋導致的空白區(qū)域，為了盡可能降低數(shù)據(jù)缺失對分析結果的影響，將反射率的特征量優(yōu)化為反射率為1%的等值線與海岸線包圍的面積與有數(shù)據(jù)區(qū)域的面積之比，其所代表的意義不變。分析結果顯示，二者的相關系數(shù)為0.649，P=0.023<0.05（P值為顯著性檢驗中兩個變量不相關的概率），呈顯著正相關（圖8）。也就是說，當12℃等溫線與海岸線包圍的面積較大，即黃海暖流和臺灣暖流相對較強時，反射率為1%的等值線與海岸線包圍的區(qū)域即渾濁羽狀流的面積較?。环粗?，當黃海暖流和臺灣暖流較弱時，羽狀流面積較大。這也就意味著冬季黃海暖流和臺灣暖流對渾濁羽狀流的擴散起阻礙作用。二者基本框定了渾濁羽狀流冬季的邊界范圍，其年際變化導致羽狀流擴散范圍的年際變化，從而形成冬季表層懸沙濃度年際變化的兩個敏感區(qū)：敏感區(qū)I和渾濁羽狀流南部邊緣。

圖6　冬季黃、東海表層懸沙濃度年際變化敏感區(qū)及其地形圖（深度單位：m）

圖7　黃、東海2014年冬季海表溫度圖（單位：℃）

圖8　黃、東海冬季海表溫度和反射率特征量的相關分析

進一步，將冬季黃海暖流流經(jīng)海域附近反射率的年際變化大于1%的區(qū)域分離出來，即敏感區(qū)I，以單獨考慮黃海暖流的作用。對海表溫度和懸沙濃度，另取特征量進行相關分析：冬季敏感區(qū)I的平均海表溫度和平均反射率。前者一定程度上能夠反映冬季黃海暖流的強弱，平均溫度高，則黃海暖流強，溫度低，則弱；后者可以反映敏感區(qū)I的表層懸沙濃度大小。本組特征量與以上選取的特征量相比，提取了表層懸沙濃度年際變化最敏感的區(qū)域，排除了不敏感區(qū)域的干擾，且溫度和反射率兩個物理量比面積更能反映問題的本質，其相關分析應優(yōu)于以上相關分析。然而分析結果卻是二者之間的相關性不強。仔細對比每年冬季的海表溫度和反射率圖，發(fā)現(xiàn)確實存在2007年和2011年兩個比較異常的年份。若剔除這兩個數(shù)據(jù)，則剩下的10年的數(shù)據(jù)顯示出非常好的負相關關系，其相關系數(shù)為-0.737，P=0.015<0.05（圖8）。也就是說，除了2007年和2011年，冬季敏感區(qū)I的平均海表溫度較高，即黃海暖流相對較強時，該區(qū)域的平均反射率較小，即表層懸沙濃度較小。這說明冬季黃海暖流對渾濁羽狀流的擴散起阻礙作用。2007年冬季敏感區(qū)I的平均海表溫度較高，黃海暖流較強，而其表層懸沙濃度也較高；2011年冬季黃海暖流較弱，其表層懸沙濃度也較低。這兩年的例外情況應與其他影響懸沙分布的因素有關，需進一步研究。

對冬季敏感區(qū)I的平均反射率和平均風速進行相關分析，結果顯示二者并無顯著相關性。即便上述兩個異常年份也未呈現(xiàn)2007年的平均海表風速大導致表層懸沙濃度異常高和2011年風速小、懸沙濃度異常低的現(xiàn)象。要指出的是，風可以直接作用于水體，造成渾濁水團的跨陸架輸運（Pimenta et al，2014；Androulidakis et al，2015）。此外，風成波浪造成底床物質再懸浮，也能改變水體的懸沙濃度分布（Dufois et al，2014；Li et al，2015），盡管隨著水深的增加近底層波致流速減小，從而降低再懸浮強度（Thompson et al，2011；楊揚等，2012）。因此，相關分析結果并不表示風和波浪對水體懸沙濃度沒有影響，而是說明其年際變化信號較弱，風或波浪因素不是敏感區(qū)I冬季表層懸沙濃度年際變化的主要因素。

4.2冬季黃海暖流年際變化的影響因素分析

起初有學者認為黃海暖流是對馬暖流的一個分支（管秉賢，1985）。后來的研究者通過現(xiàn)場觀測和數(shù)值模擬等方法得出，北向的冬季風導致南向的沿岸流，形成壓強梯度，從而引起向北流動的間歇性的補償流，即黃海暖流，也就是說，黃海暖流的水體來源于對馬暖流，但對馬暖流并不是黃海暖流冬季入侵黃海的動力機制（Hsueh et al，1986；Hsueh，1988；Lie et al，2001）。Xu等（2009）的數(shù)值模型結果也證實季風是控制黃海暖流季節(jié)變化的主要因素，但非影響其年際變化的首要因素，黃海暖流主要是南向韓國沿岸流的補償流，其年際變化主要受黑潮引起的韓國沿岸流的影響。綜上所述，黑潮和冬季風是影響黃海暖流變化的兩個主要因素，且黑潮又受到ENSO事件的影響（Shen et al，2014），因此，以下將從厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）、太平洋十年濤動（PDO）、冬季風等方面探討冬季黃海暖流年際變化的影響因素。

本研究對敏感區(qū)I的平均海表溫度與SOI、PDOI分別進行相關分析?？紤]到ENSO對研究區(qū)的影響可能有滯后性，將SOI和PDOI前推數(shù)月，或者說將海溫數(shù)據(jù)后移數(shù)月，然后進行相關分析，結果如圖9所示。敏感區(qū)I的平均海表溫度與SOI的相關系數(shù)的絕對值隨SOI前推月數(shù)增加而呈現(xiàn)波動變化，大致有5個月和30個月兩處峰值。其中，5個月處的峰值經(jīng)顯著性檢驗顯示不相關；SOI前推30個月時相關系數(shù)的絕對值最大，為-0.829，P=0.001<0.01，為極顯著負相關（圖10）。即當SOI較小，傾向于出現(xiàn)厄爾尼諾現(xiàn)象時，敏感區(qū)I的平均海表溫度較高，黃海暖流較強；反之，當出現(xiàn)拉尼娜現(xiàn)象時，黃海暖流較弱；冬季黃海暖流強度對ENSO的這種響應滯后20-32個月。同樣，與PDOI的相關系數(shù)也呈波動變化，且這種波動更加明顯，大致有5、13、22和28個月4處峰值。其中，5、13、28個月處的峰值經(jīng)顯著性檢驗不相關；22個月時的相關系數(shù)最大，為0.627，P= 0.029<0.05，為顯著正相關（圖10）。這種相關性弱于SOI，說明ENSO對黃海暖流的影響大于PDO。

圖9　敏感區(qū)I的平均海表溫度與SOI、PDOI的相關系數(shù)的絕對值

圖10　敏感區(qū)I的平均海表溫度與前推30個月的SOI和前推22個月的PDOI的相關分析

對于圖9中相關系數(shù)的波動變化，考慮到ENSO和黃海暖流的年際變化都具有一定的周期性，假設冬季黃海暖流受到ENSO的影響，則黃海暖流的年際變化周期與ENSO某一段的周期相似，可以將影響滯后的問題簡化為兩個正弦函數(shù)沿x軸平移的問題。設

則y1和y2的相關系數(shù)隨y1沿x軸平移而呈現(xiàn)介于1與-1之間的周期性波動，相關系數(shù)從1到-1再到1的周期等于函數(shù)本身的周期2π。因此，當將SOI前推時，必然也會出現(xiàn)類似的相關系數(shù)周期性波動的情況。當然，這只是一個非常簡化的模型，ENSO和黃海暖流年際變化的周期和振幅都是變化的，ENSO的周期一般為2～7 a，本研究12 a的數(shù)據(jù)可能包含了2-6次不同周期和強度的ENSO事件；除了ENSO，黃海暖流的年際變化必然還受到其他因素的影響，這些都大大增加了問題的復雜性。但是，也正因為每次ENSO事件的獨特性，使得相關系數(shù)雖然波動，卻輕易不會出現(xiàn)較大值，只有當反映ENSO強度的SOI時間序列與海表溫度數(shù)據(jù)匹配良好時，才會出現(xiàn)極顯著相關的情況。值得指出，以上分析尚不能回答ENSO對黃海暖流作用的機理。

若冬季風是黃海暖流形成的動力機制，則當冬季風較強時，形成的南向沿岸流也較強，相應地應該有較強的補償流，即黃海暖流，則黃海暖流的強度應與黃海海域冬季風的風速呈正相關。但是，對冬季敏感區(qū)I的平均海表溫度和黃海海域的平均海表風速進行相關分析，其相關系數(shù)為-0.580，推測可能是因為在冬季強北風情況下，黃海暖流表現(xiàn)為表底一致的南向流（萬凱，2014）。然而其相關性未通過顯著性檢驗：P=0.102>0.05，這也許與所使用的風場數(shù)據(jù)的時間覆蓋短（9年）、空間分辨率低（0.25°），以及黃海暖流的影響因素復雜有關。今后應該優(yōu)化風場數(shù)據(jù)，尋找時間跨度更長、空間分辨率更高的數(shù)據(jù)進行進一步的研究。

4.3陸架環(huán)流作用下黃、東海表層懸沙向深海輸運的機理

以上分析表明，冬季黃、東海表層渾濁羽狀流的形成和發(fā)展應是受陸架環(huán)流控制的。由圖2可以看出，冬季，江蘇近岸淺海的床底沉積物在風浪作用下再懸浮于表層，形成江蘇沿海高懸沙濃度區(qū)，這些懸沙隨蘇北沿岸流向東南方向輸運，至江蘇中部或南部海岸轉向東擴散，形成一渾濁羽狀流，一直延伸至黃、東海陸架中部，其末端一般指向東南方向。這一渾濁羽狀流的范圍受臺灣暖流和黃海暖流的控制，二者對其擴散有阻礙作用，受ENSO影響的黃海暖流較強時，該渾濁羽狀流一般范圍較小，即向深海擴散的距離較短；反之，當黃海暖流較弱時，渾濁羽狀流向深海擴散的程度較大。隨著冬季風的減弱，風浪對江蘇海岸沉積物的再懸浮作用減弱，以及蘇北沿岸流的減弱，使得對渾濁羽狀流的泥沙供給減少，以致不能補償沿程落淤量，渾濁羽狀流的懸沙濃度降低，到夏季甚至完全消失。在這個過程中，來自江蘇沿海的懸沙沿程不斷落淤，表層懸沙濃度逐漸降低，只有渾濁羽狀流最東端的少量懸沙能夠沉降至較深海底。

Shi等（2010）在分析渾濁羽狀流的成因時，考慮了地形的因素，認為渾濁羽狀流的分布范圍大致與50 m等深線相同，因此應與冬季風的混合作用以及由于海表溫度降低導致的混合層加深有關。但是，控制渾濁羽狀流分布范圍的臺灣暖流和黃海暖流的流動路徑也與地形有關（郭炳火等，1987），且地形因素不能解釋冬季表層懸沙濃度年際變化敏感區(qū)的形成。因此，本文認為地形不是冬季形成渾濁羽狀流的主要因素。

5　結論

（1）黃、東海表層懸沙濃度存在明顯的季節(jié)變化。其季節(jié)變化的敏感區(qū)為：1）渾濁羽狀流分布區(qū)域，該羽狀流從江蘇海岸向東偏南方向延伸至黃、東海陸架中部，其邊界的表層懸沙濃度約為4 mg/L，冬季最盛，夏季最弱，甚至消失；2）近岸海域，這應與其再懸浮作用有關。

（2）研究區(qū)表層懸沙濃度也存在明顯的年際變化。冬季的敏感區(qū)為：1）渾濁羽狀流與朝鮮半島之間的海域，即羽狀流東北部；2）臺灣海峽；3）近岸海域，可能與其較高的懸沙濃度有關；4）渾濁羽狀流南部邊緣。夏季的敏感區(qū)主要是近岸海域，其中，蘇北廢黃河口附近海域的變化最為明顯。研究區(qū)表層懸沙濃度的年際變化幅度略小于季節(jié)變化。

（3）冬季黃海暖流和臺灣暖流對渾濁羽狀流的擴散起阻礙作用。二者基本框定了渾濁羽狀流冬季的邊界范圍，其年際變化導致羽狀流擴散范圍的年際變化，從而形成冬季表層懸沙濃度年際變化的敏感區(qū)。而風場或波浪作用不是冬季表層懸沙濃度年際變化的主要因素。對應于厄爾尼諾現(xiàn)象，冬季黃海暖流較強，而對應于拉尼娜現(xiàn)象黃海暖流較弱；冬季黃海暖流強度對ENSO的這種響應滯后20-32個月。PDO對黃海暖流也有影響，這種影響弱于ENSO。

（4）冬季渾濁羽狀流可一直延伸至黃、東海陸架中部，部分物質可被跨陸架輸運，最終沉降至深海底。

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（本文編輯：袁澤軼）

Inter-annual variation of suspended sediment concentration in the surface waters of the Yellow Sea and East China Sea

YIN Qi-jun1,GAO Shu1,2,GAO Ming-zhe1,YI Jia-cheng1
(1.School of Geographic and Oceanographic Sciences,Nanjing University,Nanjing 210046,China;2.Ministry of Education Key Laboratoryfor Coast and Island Development,NanjingUniversity,Nanjing 210046,China)

Remote sensing data of reflectance at 547 nm,sea surface temperature(SST)and wind are used to analyze the inter-annual variation of the suspended sediment concentration(SSC)in the surface waters of the Yellow Sea and East China Sea,as well as the relevant factors and mechanism.In the study area,SSC in the surface waters tends to be higher in the coastal area than that in the open sea,with remarked seasonal variation.The sensitive regions,where the seasonal variation is most significant,are associated with a turbid plume or coastal water masses.The plume,defined by an SSC exceeding 4 mg/L,extends from the Jiangsu coast towards the central areas of the Yellow Sea and East China Sea.It is strongest in winter,while in summer,it becomes weakest,or even vanishes.Further,the SSC also shows remarked inter-annual variations. In winter,the sensitive regions are located between the turbid plume and the Korean Peninsula,in the Taiwan Strait,over the coastal waters,and at the south margin of the plume.In contrast,the sensitive regions in summer are confined mainly in the coastal areas.The magnitude of the inter-annual variation is slightly smaller than that of the seasonal variation.The Yellow Sea Warm Current(YSWC)and the Taiwan Warm Current(TWC)block the diffusion of the turbid plume in winter.Theinter-annual variation of the YSWC and TWC leads to the variation in the diffusion range of the plume,forming sensitive regions in winter at the inter-annual time scale.Wind and wind waves do not represent major factors affecting the winter inter-annual variation.The formation and expansion of the turbid plume are controlled mainly by the continental shelf circulation,which influences the cross-shelf dispersal of fine-grained sediments.Furthermore,correlations of the SST field over the sensitive areas with the Southern Oscillation Index(SOI)and the Pacific Decadal Oscillation Index(PDOI) indicate that the overall pattern of the shelf circulation here is influenced by El Ni?o Southern Oscillation(ENSO)and Pacific Decadal Oscillation(PDO),with the effect of PDO being relatively weak.

suspended sediment concentrations;inter-annual variation;sensitive region;transport processes;eastern continental shelves of China

P736

A

1001-6932（2016）05-0494-13

10.11840/j.issn.1001-6392.2016.05.003

2015-07-22；

2015-09-06

國家重大科學研究計劃（2013CB956500）；江蘇省自然科學基金重點研究專項（BK2011012）；南京大學大學生創(chuàng)新訓練計劃（XY1310284012）。

尹琦珺（1993-），女，學士，主要從事海洋沉積動力學研究。電子郵箱：yinqijun163@163.com。

高抒，男，博士，教授。電子郵箱：shugao@nju.edu.cn。