2012年福建沿海大規(guī)模米氏凱倫藻赤潮暴發(fā)的水文氣象原因探討

鄧 華，管衛(wèi)兵*，3，曹振軼，鮑 敏，陳 琪

(1. 衛(wèi)星海洋環(huán)境動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012； 2. 國(guó)家海洋局 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012；3. 浙江大學(xué) 海洋科學(xué)與工程學(xué)系，浙江 舟山 316021 )

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2012年福建沿海大規(guī)模米氏凱倫藻赤潮暴發(fā)的水文氣象原因探討

鄧 華1，2，管衛(wèi)兵*1，2，3，曹振軼1，2，鮑 敏1，2，陳 琪1，2

(1. 衛(wèi)星海洋環(huán)境動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012； 2. 國(guó)家海洋局 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012；3. 浙江大學(xué) 海洋科學(xué)與工程學(xué)系，浙江 舟山 316021 )

本文利用ERA-Interim資料集、HYCOM全球再分析資料以及沿海各站點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)分析比較2005、2011和2012年福建沿海春季(3—5月)氣溫、水溫、風(fēng)場(chǎng)、流場(chǎng)和降雨數(shù)據(jù)，探討了2012年春季水文、氣象要素的年際變化特征及其與米氏凱倫藻暴發(fā)的關(guān)系。結(jié)果表明：2012年春季暴發(fā)的大規(guī)模米氏凱倫藻赤潮極可能與初春水溫偏低，晚春水溫偏高，后期海水迅速升溫有關(guān)：初春(3月)沿海水溫偏低，抑制了東海原甲藻的前期孕育；晚春(5月)水溫偏高，有利于各種藻類，特別是偏暖暴發(fā)的米氏凱倫藻的生長(zhǎng)；3—5月海水過(guò)快的升溫過(guò)程，使得米氏凱倫藻成為優(yōu)勢(shì)藻種。相對(duì)于氣候態(tài)平均而言，2012年5月呈強(qiáng)北風(fēng)特性，水體向岸堆積作用明顯，有利于藻類在近岸的堆積聚集和種群密度的提高，為藻類的生長(zhǎng)提供了穩(wěn)定的動(dòng)力環(huán)境，促進(jìn)了赤潮的暴發(fā)。此外，2012年1—4月的大降雨量可能為米氏凱倫藻的生長(zhǎng)提供了良好的生物化學(xué)環(huán)境。

福建沿海；米氏凱倫藻；赤潮；水文氣象

0 引言

赤潮(Red tide)，又稱紅潮，是海洋中一些浮游生物在一定環(huán)境下暴發(fā)性增殖或聚集而引起海水變色的現(xiàn)象，近年來(lái)，在中國(guó)乃至世界沿海有害赤潮的發(fā)生呈現(xiàn)出頻率逐漸增加、規(guī)模不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并危害著人類的身體健康和生命安全[1]。在引發(fā)赤潮的有毒有害藻類中，米氏凱倫藻(Kareniamikimotoi)分布廣泛，是我國(guó)海域常見的赤潮甲藻[2]。它能分泌溶血性毒素和魚毒素，危害魚類和無(wú)脊椎動(dòng)物，引起養(yǎng)殖生物死亡，造成漁業(yè)經(jīng)濟(jì)損失[3-4]。2005年春季在東海海區(qū)暴發(fā)了上萬(wàn)平方公里的特大規(guī)模米氏凱倫藻赤潮，造成了海水養(yǎng)殖區(qū)魚類大量死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失6 100萬(wàn)元；2012年5月18日至6月8日，福建沿岸海域共發(fā)現(xiàn)10次米氏凱倫藻為優(yōu)勢(shì)種的赤潮，累計(jì)面積323 km2，直接經(jīng)濟(jì)損失20.11億元[5]。研究米氏凱倫藻赤潮暴發(fā)的水文、氣象因素，掌握其發(fā)生規(guī)律，開展赤潮的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)，對(duì)減少水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)損失有著重要的實(shí)際意義。

目前赤潮發(fā)生機(jī)理尚不清楚，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者從營(yíng)養(yǎng)鹽，光照，氣象要素(風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓和降雨)，水動(dòng)力要素(流速、流向)和水文要素(海水溫度、鹽度以及透明度)等多方面，對(duì)其在赤潮發(fā)生過(guò)程中所起的作用開展了研究，一般認(rèn)為具備藻類生物以及海水富營(yíng)養(yǎng)化是赤潮發(fā)生的必要條件，水文氣象條件的變化是誘發(fā)赤潮的重要原因[6-8]。龍華 等[6]和姚煒民 等[7]分別對(duì)2003年福建和2005年浙江海域的米氏凱倫藻赤潮事件進(jìn)行了研究，他們認(rèn)為米氏凱倫藻適溫范圍較小，穩(wěn)定的氣溫和良好的海況是米氏凱倫藻發(fā)生和發(fā)展的必要條件，兩位研究人員對(duì)光照是否是引起赤潮的因子還存有不同的看法。李雪丁[9]研究了2001到2010年以來(lái)福建發(fā)生赤潮的基本規(guī)律，近10 a來(lái)共發(fā)生161起，主要赤潮生物為東海原甲藻、夜光藻、中肋骨條藻等，其中米氏凱倫藻為6起。HARTMAN et al[10]、GMEZ et al[11]、CARLOS et al[12]認(rèn)為米氏凱倫藻的暴發(fā)與海水溫度的相對(duì)偏高有關(guān)系，并認(rèn)為水溫偏高是米氏凱倫藻暴發(fā)的主要原因。沈盎綠[13]通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)東海原甲藻和米氏凱倫藻的最適生長(zhǎng)溫度分別為20和24 ℃, 東海原甲藻赤潮屬于偏低溫暴發(fā)的赤潮，米氏凱倫藻赤潮屬于偏高溫暴發(fā)的赤潮，米氏凱倫藻生長(zhǎng)速率大于東海原甲藻，米氏凱倫藻過(guò)濾液對(duì)東海原甲藻的生長(zhǎng)產(chǎn)生很大抑制作用。

由于米氏凱倫藻引起的赤潮案例比較少，在赤潮暴發(fā)普遍規(guī)律認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，針對(duì)米氏凱倫藻赤潮暴發(fā)的規(guī)律仍待進(jìn)一步深入探究。本文以2012年5月末至6月初在福建沿海暴發(fā)的大規(guī)模米氏凱倫藻赤潮為例，分析2005、2011、2012年以及多年平均相關(guān)水文氣象數(shù)據(jù)，試圖探究2012年米氏凱倫藻暴發(fā)的水文氣象原因。

1 資料來(lái)源

2012年福建沿海赤潮發(fā)生過(guò)程記錄來(lái)源于福建省海洋與漁業(yè)廳發(fā)布的福建沿海赤潮災(zāi)害通報(bào)[14]。根據(jù)赤潮發(fā)生的地理位置，收集了馬祖站、南麂站2011—2013年的水溫氣象資料，以及大陳站的多年降雨資料，站位見圖1所示。

氣溫、風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)源于歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(ECMWF，European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)發(fā)布的第三代再分析資料ERA-Interim(http://apps.ecmwf.int/datasets/data/interim-full-mnth/levtype=sfc/)，該資料集采用了結(jié)合大氣-波浪-海洋耦合數(shù)值模式結(jié)果、衛(wèi)星數(shù)據(jù)以及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合預(yù)報(bào)分析系統(tǒng)(IFS)，提供了自1979年以來(lái)的多種網(wǎng)格同化分析資料[15]，其廣泛應(yīng)用于氣象研究和海洋數(shù)值模擬中[16]，本文采用的是1979—2015年1/8°的月平均氣溫和風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)。

海洋水溫、流場(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)源于高分辨率混合坐標(biāo)海洋模式HYCOM數(shù)值同化的海洋再分析資料(GLBu 0.08，http://hycom.org/dataserver/glb-reanalysis)，該資料由美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室發(fā)布，在HYCOM模式模擬結(jié)果基礎(chǔ)上，運(yùn)用耦合海洋數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)NCODA(Navy Coupled Ocean Data Assimilation)，同化了多種衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)以及XBT、Argo等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料[17]，主要應(yīng)用于海洋流場(chǎng)、流量以及水溫的研究[18]。本文采用的海洋表面水溫和流場(chǎng)數(shù)據(jù)分辨率為1/12°，時(shí)間跨度為1993—2012年的春季每日數(shù)據(jù)。

圖1 研究區(qū)站位示意圖Fig.1 Sketch map of research area and stations

2 2012年米氏凱倫藻赤潮概況

2.1 赤潮事件的整體發(fā)展過(guò)程

根據(jù)福建省海洋與漁業(yè)廳發(fā)布的福建沿海赤潮災(zāi)害通報(bào)[14]，2012年5月18日在三沙灣海域發(fā)現(xiàn)赤潮，赤潮生物優(yōu)勢(shì)種為東海原甲藻；5月24日赤潮已經(jīng)漂移至三沙灣以東福鼎、霞浦近岸海域；5月26日三沙灣海域東海原甲藻赤潮伴生米氏凱倫藻，平潭海域發(fā)生以米氏凱倫藻為第一優(yōu)勢(shì)種的有毒赤潮；5月28日米氏凱倫藻大面積暴發(fā)于福建沿岸北部海域；5月29日連江黃岐半島附近海域赤潮生物優(yōu)勢(shì)種為米氏凱倫藻；5月30日，米氏凱倫藻赤潮區(qū)位于三沙灣、平潭、莆田海域；米氏凱倫藻赤潮一直持續(xù)到6月3日；6月4日連江海域、莆田海域赤潮生物米氏凱倫藻密度低于赤潮發(fā)生的基準(zhǔn)密度，該區(qū)域米氏凱倫藻赤潮已消亡，優(yōu)勢(shì)種轉(zhuǎn)換為中肋骨條藻；6月6日，三沙灣海域、平潭海域赤潮面積減小，赤潮生物優(yōu)勢(shì)種為米氏凱倫藻；6月8日赤潮基本消亡。

2.2 赤潮事件期間對(duì)應(yīng)的天氣過(guò)程

根據(jù)臺(tái)灣“交通部氣象局”發(fā)布的氣候監(jiān)測(cè)報(bào)告[19]，對(duì)赤潮發(fā)生前后的天氣過(guò)程概述如下：5月初受鋒面接近影響，出現(xiàn)一次明顯的降水過(guò)程；11日前風(fēng)向以西南暖風(fēng)為主，天氣晴朗，氣溫偏高；12日，東北風(fēng)增強(qiáng)，并伴隨有降雨發(fā)生，這一以東北風(fēng)為主的風(fēng)場(chǎng)情況，一直持續(xù)到6月初，期間伴有幾次受鋒面影響的降雨過(guò)程；6月8日后轉(zhuǎn)為以西南風(fēng)為主，并伴有一次明顯的降雨過(guò)程。

3 米氏凱倫藻赤潮與水文氣象條件的關(guān)系

3.1 水溫

3.1.1 水溫概況

對(duì)于赤潮藻來(lái)說(shuō)，影響其生長(zhǎng)的環(huán)境因素很多，以水溫、鹽度和營(yíng)養(yǎng)鹽等因素最為重要，其中水溫的變化對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響最為顯著[10]。朱德弟 等[20]研究了2005年春末夏初在長(zhǎng)江口以南舟山外海暴發(fā)的大規(guī)模米氏凱倫藻赤潮的環(huán)境因素，通過(guò)對(duì)比2004年和2005年同期的水溫資料，發(fā)現(xiàn)2005年4月初同斷面的水溫明顯偏低2.6 ℃，他認(rèn)為2004/2005年冬季水溫過(guò)低不利于東海原甲藻存活，并且4月初過(guò)低的水溫致使東海原甲藻赤潮孕育暴發(fā)期推遲，縮短了東海原甲藻的前期孕育，使得進(jìn)入5月后東海原甲藻的種群數(shù)量不高，與之競(jìng)爭(zhēng)的米氏凱倫藻成為浮游植物群落中的優(yōu)勢(shì)種。本文按照以上思路，為比較2012年冬春季海水溫度年際變化情況，統(tǒng)計(jì)了2011年1月到2013年7月馬祖站的月平均表層海水溫度的溫度距平(圖2)。如圖2所示，2011年冬春季與2012年冬春季海水溫度存在同樣偏低的趨勢(shì)，2011年3月表層水溫與2012年3月表層水溫分別偏離正常溫度-3.5和-3.1 ℃,2013年3月表層水溫則無(wú)明顯偏差。2011和2012年赤潮的規(guī)模和持續(xù)強(qiáng)度方面有很大差別，2011年暴發(fā)了近年來(lái)范圍最小，持續(xù)時(shí)間最短的東海原甲藻赤潮；2012年則暴發(fā)了大面積的東海原甲藻赤潮，并伴生了近年來(lái)規(guī)模最大的米氏凱倫藻有毒赤潮，因此需要對(duì)2011和2012年的背景環(huán)境作進(jìn)一步分析。

圖2 馬祖站表層海水月平均的溫度距平Fig.2 Monthly average anomaly of SST(sea surface temperature) in Mastu Station

對(duì)2011年與2012年的春季水溫進(jìn)行分析，如表1所示，多年平均4、5月水溫上升速率分別為3.4和4.2 ℃/月，2011年整個(gè)春季(3—5月)平均水溫明顯低于多年平均值，4、5月水溫上升速率分別為3.7和5.7 ℃/月，雖然5月水溫上升速率加快，但從表1可知5月的水溫仍低于多年平均值1.7 ℃，2011年整個(gè)春季(3—5月)的平均水溫偏低，不利于藻類的生長(zhǎng)繁殖。從福建省海洋與漁業(yè)廳發(fā)布的2011年赤潮災(zāi)害通報(bào)[13]可知，5月8日在三沙灣外發(fā)現(xiàn)東海原甲藻的赤潮，面積約為80 km2，5月19日在三沙灣外發(fā)現(xiàn)東海原甲藻赤潮，面積約為39 km2，中間時(shí)間赤潮消亡。2011年閩北赤潮的規(guī)模和持續(xù)強(qiáng)度都低于多年平均情況，并遠(yuǎn)低于2012年的情況。2012年盡管春初(3月)水溫偏低，但進(jìn)入4月以后，水溫迅速上升(6.4 ℃/月)，上升速率接近多年平均值的一倍，5月的上升速率仍很快(5.2 ℃/月)，水溫已經(jīng)超出多年平均水溫0.9 ℃，為21.9 ℃，反映出2012年晚春(5月)平均水溫偏暖，適宜藻類的生長(zhǎng)。

表1 馬祖站春季海水表層溫度及升溫速率統(tǒng)計(jì)

圖3為利用HYCOM海表水溫?cái)?shù)據(jù)計(jì)算出的研究區(qū)域2011和2012年3月和5月海表溫度較1993—2012年多年平均的3月和5月海表溫度距平值。2011年3月研究海區(qū)水溫以偏冷性質(zhì)為主，特別是閩北沿岸以及50 m等深線以深海域，水溫都低于多年平均值1 ℃以上；5月整個(gè)東海海表溫度比多年平均值低1 ℃左右，這與圖2和表1中春季表層水溫所反映出的偏冷特性相吻合。2012年3月外海海域海表溫度高于多年平均值，但整個(gè)近岸海域則低了1 ℃以上；到了5月溫度總體呈現(xiàn)出了偏暖的特性，平均高出0.5～1.0 ℃左右。比較2011和2012年3月和5月海水溫度異常情況看，2012年近岸初春(3月)水溫偏低，晚春(5月)水溫偏高的特性尤為明顯。

圖3 海表溫度異常情況(單位：℃)Fig.3 Sea surface temperature anomaly(unit:℃)

3.1.2 水溫與米氏凱倫藻赤潮關(guān)系的討論

綜合多年?yáng)|海赤潮情況看，幾乎每年都會(huì)發(fā)生東海原甲藻赤潮，米氏凱倫藻赤潮的暴發(fā)不太頻繁，往往與東海原甲藻以共生狀態(tài)存在，并與之進(jìn)行種群競(jìng)爭(zhēng)。參考HARTMAN et al[10]、朱德弟 等[20]學(xué)者的研究，東海原甲藻屬偏低溫暴發(fā)的赤潮，生長(zhǎng)速率相對(duì)較低，在發(fā)生大規(guī)模暴發(fā)赤潮之前需要一個(gè)緩慢增長(zhǎng)的孕育過(guò)程；而米氏凱倫藻赤潮屬于偏高溫暴發(fā)的赤潮，適溫范圍比東海原甲藻高，生長(zhǎng)速率更快，且共生狀態(tài)下，米氏凱倫藻明顯抑制東海原甲藻的生長(zhǎng)。

2011年整個(gè)春季(3—5月)水溫較多年平均值低了約2 ℃，這一偏冷的特性，不利于各種藻類的生長(zhǎng)，這也導(dǎo)致2011年暴發(fā)的東海原甲藻赤潮是近幾年范圍最小、持續(xù)時(shí)間最短的，且未出現(xiàn)米氏凱倫藻。2012年初春(3月)的低溫特征則抑制了東海原甲藻的前期生長(zhǎng)，不利于東海原甲藻的孕育。進(jìn)入5月，偏高的水溫促進(jìn)了各種藻類的生長(zhǎng)，造成了發(fā)生面積和持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)超過(guò)2011年的東海原甲藻以及米氏凱倫藻赤潮。而過(guò)快的升溫速率，極有可能使得偏高溫暴發(fā)和生長(zhǎng)速率更快的米氏凱倫藻在與東海原甲藻的種群競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，并抑制東海原甲藻的生長(zhǎng)，米氏凱倫藻成為優(yōu)勢(shì)藻種。2012年米氏凱倫藻赤潮給近海養(yǎng)殖業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

3.2 氣溫及其與水溫關(guān)系分析

海水溫度的變化與所處的地理環(huán)境、海流狀況和氣象條件有關(guān)，除平流的影響外，受氣象因子(如氣溫和風(fēng)場(chǎng))的影響也很大。利用南麂站2011年和2012年的氣溫和風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，探討其與表層海水溫度的關(guān)系。圖4為逐日的氣溫與水溫的過(guò)程曲線，圖中2011年氣溫?cái)?shù)據(jù)存在一定的缺失，但基本上能夠反映出氣溫變化規(guī)律。從圖中可以看出2012年4、5月的氣溫較2011年4、5月的氣溫高。

圖4 南麂站的氣溫和水溫過(guò)程曲線Fig.4 Process curve of air temperature and SST in Nanji Station

圖5為2012年3月和5月福建沿海氣溫異常值分布圖，由圖可知2012年3月近岸海域氣溫較多年平均值低了0～0.5 ℃左右，而5月則高了1 ℃左右。比較圖3中2012年水溫異常值圖，兩者均表現(xiàn)出3月近岸偏冷，5月整體偏暖的特性，但3月近岸區(qū)域水溫偏冷趨勢(shì)較之于氣溫偏冷趨勢(shì)更強(qiáng)，5月水溫偏暖趨勢(shì)較之于氣溫偏暖趨勢(shì)則較弱，這主要是由于2012年春季東北季風(fēng)強(qiáng)于多年平均值的緣故，這部分內(nèi)容在風(fēng)場(chǎng)一節(jié)中會(huì)具體闡述。2012年3月和5月水溫和氣溫間表現(xiàn)出了極強(qiáng)的相關(guān)性(圖6)，線性關(guān)系明顯，3月相關(guān)系數(shù)為0.961 0，5月相關(guān)系數(shù)為0.923 4，研究海區(qū)水溫的分布情況很可能與當(dāng)年氣溫的特殊性有關(guān)。

圖5 氣溫異常值分布(單位：℃)Fig.5 Distribution of air temperature anomaly(unit:℃)

圖6 水溫與氣溫的相關(guān)性(T2 m為2 m氣溫)Fig.6 Relationship between sea surface temperature and air temperature (T2 m: air temperature of 2 m above the sea surface)

3.3 風(fēng)場(chǎng)及其影響下的水體輸運(yùn)

圖7是南麂站2011、2012年3月到7月逐日風(fēng)場(chǎng)與海溫的過(guò)程曲線，從圖中可知2011和2012年3、4月，站點(diǎn)位置均受東北風(fēng)所控制；而2011年5月處于季風(fēng)轉(zhuǎn)換季節(jié)，西南風(fēng)和東北風(fēng)強(qiáng)度都不大，6月受西南風(fēng)所控制；2012年5月中下旬則以東北風(fēng)為主，且北風(fēng)明顯強(qiáng)于2011年，這一趨勢(shì)一直持續(xù)到6月中旬。

圖7 南麂站風(fēng)矢量與海溫變化過(guò)程Fig.7 The wind vector and SST variation process of Nanji Station

圖8和圖9分別為2012年5月的風(fēng)場(chǎng)和流場(chǎng)情況，就風(fēng)場(chǎng)來(lái)看，1979—2015年多年5月平均風(fēng)場(chǎng)以東風(fēng)為主，南北風(fēng)向不明顯，只在臺(tái)灣海峽內(nèi)由于地形原因，呈現(xiàn)出較強(qiáng)的偏北風(fēng)(圖8a)，這實(shí)際上是由于5月處于東北、西南季風(fēng)轉(zhuǎn)換期，不存在明顯的東北風(fēng)或者西南風(fēng)特性；而2012年5月，整個(gè)研究區(qū)域呈現(xiàn)出較強(qiáng)的冬季季風(fēng)性質(zhì)，盛行東北風(fēng)，風(fēng)速大于多年平均值，且近岸風(fēng)速更大(圖8b)；從2012年5月相較于多年風(fēng)場(chǎng)5月平均值的異常情況來(lái)看，顯然，2012年5月平均風(fēng)場(chǎng)東北季風(fēng)性質(zhì)更強(qiáng)，且沿岸區(qū)域強(qiáng)于外海，說(shuō)明在這段時(shí)間內(nèi)，更多的是盛行東北風(fēng)，西南風(fēng)較弱。

圖8 5月風(fēng)場(chǎng)情況Fig.8 Wind field in May

風(fēng)場(chǎng)的變化，一方面會(huì)導(dǎo)致氣溫的變化，另一方面也會(huì)改變研究海區(qū)的環(huán)流場(chǎng)。偏強(qiáng)的北風(fēng)雖然會(huì)導(dǎo)致北方空氣南移，但2012年5月整個(gè)華東沿海區(qū)域氣溫均呈現(xiàn)出偏暖特性(圖略)，偏北風(fēng)并沒(méi)有改變氣溫偏暖的特點(diǎn)，偏高的氣溫很可能是受氣候變化所作用。就5月表面流場(chǎng)而言(圖9)，2012年近岸區(qū)域存在一只明顯強(qiáng)于往年的西南向沿岸流，且臺(tái)灣暖流有所減弱，北向流變?nèi)?，南向流變?qiáng)。強(qiáng)于多年平均的偏北風(fēng)導(dǎo)致了更為明顯的西南向流，并在一定程度上阻礙了臺(tái)灣暖流的北上，將北方偏冷水體向南輸運(yùn)，并阻礙南方偏暖水體的北向輸運(yùn)，綜合來(lái)看，這一偏北風(fēng)的作用會(huì)降低研究海域，特別是近岸海域的水溫，這也是2012年5月研究區(qū)域近岸部分海域水溫偏高趨勢(shì)不明顯的原因。強(qiáng)北風(fēng)導(dǎo)致的南向流雖然會(huì)在一定程度上影響到水溫和流場(chǎng)特性，但就水溫分布情況來(lái)看(圖3d)，2012年5月水溫依然呈現(xiàn)明顯的偏暖趨勢(shì)，且水溫與氣溫的相關(guān)性高達(dá)0.92以上，這一現(xiàn)象說(shuō)明強(qiáng)北風(fēng)對(duì)海表水溫的影響是微弱的，2012年研究區(qū)域沿岸水依然呈3月偏冷，5月偏暖，3月到5月升溫迅速的特點(diǎn)。

圖9 5月海表流場(chǎng)情況Fig.9 Sea surface current field in May

風(fēng)場(chǎng)除了對(duì)沿岸水溫產(chǎn)生影響外，同樣會(huì)引起沿岸海域環(huán)流場(chǎng)的變化。風(fēng)生海流在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)受到科氏力的作用，引起海流方向的變化，由風(fēng)引起的海流流速大小和方向在水體各層都不相同，但自表面至流動(dòng)消失處的海水總運(yùn)輸量可由下列積分運(yùn)算[21]：假設(shè)在北半球，風(fēng)只沿y軸方向吹，則在x與y方向上，垂直通過(guò)單位寬度，自表面至流動(dòng)消失處的體積運(yùn)輸總量分別為：

式中：u為海水東分量速度，v為海水北分量速度，z為水深，τy為y方向上風(fēng)應(yīng)力，ω為地球自轉(zhuǎn)角速度，φ為地理緯度，ρ為海水密度。上式說(shuō)明y方向上風(fēng)應(yīng)力引起的海水體積運(yùn)輸只發(fā)生在x方向上，y方向上的運(yùn)輸為0，即北半球的體積運(yùn)輸方向與風(fēng)矢量垂直，且受科氏力作用，運(yùn)輸方向指向右方。由此風(fēng)生海流理論可知，2012年5月的強(qiáng)北風(fēng)造成了向岸的海水輸運(yùn)作用，引起海水在近岸側(cè)的堆積，易將外海的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)帶到近岸，向岸的輸運(yùn)更有利于藻類的堆積聚集，使得生長(zhǎng)的赤潮藻類得以聚集在近岸區(qū)域，有利于藻類種群密度的提高，為赤潮藻類的暴發(fā)提供了穩(wěn)定的動(dòng)力環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)赤潮的暴發(fā)。特別在5月中后期(圖7)，東北風(fēng)的優(yōu)勢(shì)地位更為明顯，幾乎不存在西南向風(fēng)場(chǎng)，而赤潮暴發(fā)時(shí)間為5月18日之后，這與風(fēng)場(chǎng)的變化情況極為符合。

3.4 降水

利用2004—2012年馬祖站的氣溫和降水資料對(duì)2011年和2012年的差異進(jìn)行了對(duì)比，如圖10所示，2011年冬季到春季(1—4月)的降雨量大大少于多年平均值；而2012年冬季到春季(1—4月)的降雨量大大多于多年平均值。龍華 等[6]認(rèn)為降雨引起的地表徑流,不但給海域帶來(lái)豐富的氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽,更重要的是,還有其它的微量元素，并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了土壤中的微量元素對(duì)米氏凱倫藻的生長(zhǎng)有顯著影響。2012年春季前期大的降雨量，可能為米氏凱倫藻的生長(zhǎng)提供了大量的營(yíng)養(yǎng)鹽以及微量元素，有利于米氏凱倫藻的生長(zhǎng)暴發(fā)。

圖10 馬祖站月平均降雨量統(tǒng)計(jì)圖Fig.10 Monthly average rainfall of Matsu Station

3.5 與同為米氏凱倫藻暴發(fā)的2005年的水文氣象條件比較

2005年和2012年春末夏初在東海海域都暴發(fā)了米氏凱倫藻的赤潮。朱德弟 等[20]研究認(rèn)為春季低溫推遲了東海原甲藻赤潮的暴發(fā)時(shí)間，并且有利于米氏凱倫藻在藻群競(jìng)爭(zhēng)中勝出。春季低溫情況如果持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，例如2011年的情況，并不利于藻類的生長(zhǎng)，因此對(duì)2005年與2012年的水溫和氣候條件進(jìn)行對(duì)比，以期在春季海水低溫之外，尋找到共性的規(guī)律。

首先比較這兩年月平均的水溫?cái)?shù)據(jù)。圖11為利用HYCOM全球再分析資料1993—2012年海表溫度數(shù)據(jù)所作的研究區(qū)域2005年、2012年以及多年平均的等溫線圖，如圖所示，2005年和2012年3月研究區(qū)域近岸海域水溫都偏低，且2005年偏冷趨勢(shì)更為明顯，馬祖島、大陳島之間近岸海區(qū)溫度甚至?xí)? ℃左右。2005年和2012年5月整個(gè)海區(qū)海水溫度較多年平均值略高，2012年等溫線北移趨勢(shì)更為明顯，說(shuō)明2012年5月海水偏暖特性更為顯著。從水溫上來(lái)看，2005年和2012年都存在初春(3月)水溫偏低，晚春(5月)水溫偏高特性。2005年3月過(guò)冷的水溫，對(duì)東海原甲藻起到了更為顯著地抑制作用，推遲了東海原甲藻的暴發(fā)；而3月到5月較快的升溫速率則造成了2005年一些海區(qū)米氏凱倫藻成為優(yōu)勢(shì)種群。2012年3月水溫偏低，5月水溫更高，雖然對(duì)東海原甲藻的抑制作用不及2005年明顯，但也一定程度上導(dǎo)致了米氏凱倫藻在與東海原甲藻的種群競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。綜上所述，2005年與2012年都存在3月低溫，抑制東海原甲藻的孕育；進(jìn)入5月后，迅速升溫至多年平均水溫以上，有利于藻類的生長(zhǎng)繁殖。整個(gè)海區(qū)3月到5月過(guò)快的升溫速率、較短的生長(zhǎng)孕育期、以及5月較高的水溫，促進(jìn)了偏高溫暴發(fā)以及生長(zhǎng)速率更快的米氏凱倫藻在藻類種群競(jìng)爭(zhēng)中獲得優(yōu)勢(shì)，使得米氏凱倫藻大面積暴發(fā)。

圖11 海表溫度分布圖(單位：℃)Fig.11 Distribution of sea surface temperature(unit:℃)

統(tǒng)計(jì)大陳島月平均的降雨量如圖12所示，2005年除了3月降雨量略少，其他2、4和5月降雨量均超過(guò)相應(yīng)月份的平均值；2012年除了2月降雨量略少，其他3、4和5月降雨量均超過(guò)相應(yīng)月份的平均值。2005年與2012年的春季均為降水較多的年份，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微量元素豐富，這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微量元素可能為米氏凱倫藻的暴發(fā)提供了良好的生物化學(xué)環(huán)境。

2005年與2012年在風(fēng)場(chǎng)和流場(chǎng)上共性不明顯，2005年風(fēng)場(chǎng)和流場(chǎng)與多年平均情況差別不大，2012年5月偏北風(fēng)特性較為明顯。2012年強(qiáng)北風(fēng)導(dǎo)致的西南向沿岸流以及向岸一側(cè)的海水堆積作用更為明顯，進(jìn)而引起米氏凱倫藻赤潮的暴發(fā)集中在近岸養(yǎng)殖海區(qū)，這一特殊的動(dòng)力環(huán)境可能是造成更為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失的主要原因。

4 結(jié)論

本文通過(guò)比較2012年與2005、2011年以及多年平均的春季水文、氣象條件，研究了2012年春季氣溫、水溫、風(fēng)場(chǎng)和降雨的特殊性，以及與米氏凱倫藻赤潮的關(guān)系，得出以下結(jié)論：

(1)同多年平均值相比，2012年初春(3月)近岸海區(qū)氣溫偏低0.5 ℃左右，晚春(5月)整個(gè)研究區(qū)域氣溫均偏高1 ℃以上；水溫和氣溫間極好的相關(guān)性表明福建附近海域海表水溫很大程度上由氣溫所決定。

(2)2011年春季(3—5月)整體水溫低于多年平均值近2 ℃，這一過(guò)低的水溫不利于藻類的生長(zhǎng)繁殖；2005和2012年均呈3月水溫偏低，5月水溫偏高的特性，初春(3月)水溫偏冷，不利于東海原甲藻的前期孕育和種群密度的提高，晚春(5月)偏暖，則有利于藻類的生長(zhǎng)；2005和2012年3月到5月海水過(guò)快的升溫速率，極有可能使得高生長(zhǎng)速率和偏暖暴發(fā)的米氏凱倫藻成為優(yōu)勢(shì)藻種。

(3)2012年5月風(fēng)場(chǎng)呈現(xiàn)極強(qiáng)的冬季季風(fēng)性質(zhì)，盛行東北風(fēng)，這一強(qiáng)北風(fēng)性質(zhì)一定程度上改變了沿岸海區(qū)的流場(chǎng)，使得海水在向岸一側(cè)堆積，藻類得以在近岸堆積聚集，促進(jìn)了藻類種群密度的提高，進(jìn)而促進(jìn)了赤潮的暴發(fā)。

(4)2012年1—4月的大降雨量，可能為米氏凱倫藻的生長(zhǎng)提供了大量的營(yíng)養(yǎng)鹽和微量元素，有利于米氏凱倫藻的生長(zhǎng)。

綜上，2012年米氏凱倫藻的大面積暴發(fā)，應(yīng)該是氣溫、水溫、風(fēng)場(chǎng)以及降雨等因素共同作用的結(jié)果。迅速升高的氣溫通過(guò)其控制的水溫直接促成米氏凱倫藻成為優(yōu)勢(shì)藻種，是藻類大量暴發(fā)的主要原因；利于海水向岸輸運(yùn)的風(fēng)場(chǎng)為藻類在近岸的堆積聚集提供了穩(wěn)定的動(dòng)力環(huán)境；而大量的降雨所帶來(lái)的營(yíng)養(yǎng)鹽和微量元素，則可能為米氏凱倫藻的生長(zhǎng)提供了更為合適的化學(xué)環(huán)境。赤潮早期孕育階段不同藻種在水溫快速變化過(guò)程中的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系還有待于通過(guò)溫控實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

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Analysis of hydrological and meteorological factors causingKareniamikimotoibloom in 2012 along Fujian coast

DENG Hua1,2, GUAN Wei-bing*1,2,3, CAO Zhen-yi1,2, BAO Min1,2, CHEN Qi1,2

(1.StateKeyLaboratoryofSatelliteOceanEnvironmentDynamics,Hangzhou310012,China;2.SecondInstituteofOceanography,SOA,Hangzhou310012,China；3.DepartmentofOceanScienceandEngineering,ZhejiangUniversity,Zhoushan316021,China)

The relationship between the inter-annual variation of hydrological and meteorological factors and theKareniamikimotoibloom was analyzed using air temperature, SST(sea surface temperature), wind field and rainfall data from ERA-Interim Dataset, HYCOM+NCODA Global Reanalysis and the stations along Fujian coast in the spring (March to May) of 2005, 2011 and 2012. The results show that decrease of SST in March，increase of SST in May and the higher heating rate may be the main causative factor ofKareniamikimotoibloom in Fujian coast in 2012. The relatively stronger northerly wind in May formed a stable dynamic environment by gathering the algae onshore, which promoted theKareniamikimotoibloom. More rainfall from January to April might provide a well biological and chemical environment for the growth ofKareniamikimotoiby offering a wealth of nutrients and microelements.

Fujian coast;Kareniamikimotoi; red tide; hydrology; meteorology

10.3969/j.issn.1001-909X.2016.04.004.DENG Hua, GUAN Wei-bing, CAO Zhen-yi, et al. Analysis of hydrological and meteorological factors causingKareniamikimotoibloom in 2012 along Fujian coast[J].Journal of Marine Sciences,2016,34(4):28-38, doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2016.04.004.

2016-03-31

2016-04-10

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(41276083)；國(guó)家海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目資助(2013418009)；中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)專題項(xiàng)目資助(XDA1102030404)；“全球變化與海氣相互作用”專項(xiàng)項(xiàng)目資助(GASI-IPOVAI-04)

鄧華(1990-)，男，重慶市開縣人，主要從事海洋環(huán)境數(shù)值模擬方面的研究。E-mail:denghua1991@126.com

*通訊作者：管衛(wèi)兵(1968-)，男，研究員，主要從事河口黏性泥沙和水質(zhì)的數(shù)值研究。E-mail: gwb@sio.org.cn

X55

A

1001-909X(2016)04-0028-11

10.3969/j.issn.1001-909X.2016.04.004

鄧華，管衛(wèi)兵，曹振軼，等. 2012年福建沿海大規(guī)模米氏凱倫藻赤潮暴發(fā)的水文氣象原因探討[J]. 海洋學(xué)研究,2016,34(4):28-38,