夏季北黃海不同性質(zhì)懸浮體分布特征及其控制因素分析

張凱南, 王珍巖, 李文建, 劉長華, 閻 軍, 2

?

夏季北黃海不同性質(zhì)懸浮體分布特征及其控制因素分析

張凱南1, 3, 王珍巖1, 2, 4, 李文建1, 3, 劉長華1, 閻 軍1, 2

(1. 中國科學(xué)院海洋研究所, 山東 青島 266071; 2. 中國科學(xué)院海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071; 3. 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 4. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室 海洋礦產(chǎn)資源評價與探測技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071)

為了探討夏季不同性質(zhì)懸浮體在研究區(qū)的分布特征及其控制因素, 于2016年6—7月在北黃海使用LISST-100X(C)型激光粒度儀和CTD測量了懸浮體濃度和水體溫度、濁度、熒光葉綠素濃度數(shù)據(jù)。結(jié)合現(xiàn)場水文數(shù)據(jù)對不同粒徑懸浮體的分布規(guī)律進(jìn)行分析。結(jié)果表明, 夏季研究區(qū)懸浮體含有大量以生源顆粒為主的粗顆粒(>128 μm), 其濃度在下層水體較低, 在遠(yuǎn)岸層結(jié)水體的溫躍層附近最高。粒徑<128 μm的細(xì)顆粒濃度與濁度分布趨勢一致, 主要反映陸源無機(jī)顆粒的變化。其濃度整體呈近岸高遠(yuǎn)岸低、下層高上層低的分布特征; 在成山頭近岸海域最高, 并且在魯北沿岸淺水與遠(yuǎn)岸深水之間存在濃度鋒。潮混合作用和溫躍層是影響懸浮體濃度空間分布的主要控制因素。潮混合作用促使魯北沿岸出現(xiàn)陸架溫度鋒, 阻礙沿岸細(xì)顆粒物質(zhì)向海輸運(yùn); 成山頭近岸較強(qiáng)的潮混合作用導(dǎo)致當(dāng)?shù)爻练e物再懸浮, 使該區(qū)域細(xì)顆粒濃度最高。溫躍層不僅阻礙了下層細(xì)顆粒物質(zhì)向上擴(kuò)散, 還對上層沉降下來的顆粒有“累積”作用。此外, 躍層附近豐富的浮游植物對粗顆粒濃度高值區(qū)的形成有促進(jìn)作用。

懸浮體; 粒徑; 北黃海; 潮混合; 溫躍層

懸浮體是指以懸浮態(tài)存在于海水中的顆粒物, 其時空分布特征直接反映著海洋現(xiàn)代沉積過程。北黃海連接渤海和南黃海, 是二者水體交換和物質(zhì)運(yùn)輸?shù)闹匾ǖ?。研究懸浮體在該海域的分布特征對深入了解北黃?，F(xiàn)代沉積過程和機(jī)制、沉積物輸運(yùn)宏觀格局等有重要意義。

以往研究分析了懸浮體在北黃海的分布特征[1-4]以及懸浮體在魯北沿岸的輸運(yùn)機(jī)制[5-6]。研究指出, 魯北沿岸懸浮體的季節(jié)性輸運(yùn)具有類似“夏儲冬輸”的宏觀格局[6]; 夏季北黃海懸浮體濃度整體較低, 并且呈現(xiàn)近岸淺水區(qū)高, 遠(yuǎn)岸深水區(qū)低, 躍層附近相對較低的分布特征[1-4]。冷水團(tuán)、黃海沿岸流、潮混合是影響其分布的主要因素[1-4]。上述研究結(jié)果主要基于水體濁度、懸浮體質(zhì)量濃度以及衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)反演的表層懸沙濃度數(shù)據(jù), 三者主要受密度較大的泥沙顆?？刂啤Ｈ欢? 海洋懸浮體中除泥沙顆粒外, 還含有大量粒徑較大的生源顆粒[7-9]和絮團(tuán)[10]。尤其在夏季, 生源有機(jī)質(zhì)是北黃海懸浮顆粒物的重要組成部分[10], 其存在會促進(jìn)絮團(tuán)的形成[12], 從而對細(xì)顆粒泥沙的沉降機(jī)制[13]以及生物地球化學(xué)循環(huán)過程產(chǎn)生重要影響。因此, 探討由不同物質(zhì)組成的懸浮顆粒分布特征對于全面、深入地了解北黃海懸浮體輸運(yùn)、沉降過程及其作用機(jī)制等具有重要意義。

懸浮體的粒度特征在一定程度上能夠反映其存在形式和物質(zhì)組成[14], 不同粒徑懸浮體的分布能夠反映不同性質(zhì)懸浮體的空間分布特征。原位激光粒度儀(Laser In-Situ Scattering and Transmissometry, LISST)是近年來研制的一種能在水體環(huán)境中對懸浮顆粒物的粒度(32個粒級)和體積濃度進(jìn)行原位測量的儀器; 與常用的質(zhì)量濃度(mass concentration)相對應(yīng), 體積濃度(volume concentration)是指LISST利用激光衍射原理測得的單位體積水體中含有的顆粒物的體積量, 單位為μL/L[15]。吳昊等[16]利用LISST數(shù)據(jù)分析了黃、渤海懸浮體的粒徑分布特征, 結(jié)果顯示, 夏季北黃海懸浮體的中值粒徑在幾十到幾百微米之間變化, 并且在遠(yuǎn)岸上層水體較大。顯然, 夏季懸浮體顆粒間的粒徑差異大, 其性質(zhì)也很可能有較大不同。為了進(jìn)一步研究夏季北黃海不同性質(zhì)懸浮體的分布特征及環(huán)境因素對其影響, 本文將使用LISST測量的夏季北黃海懸浮體粒徑、體積濃度數(shù)據(jù), 結(jié)合同步測量的海水溫度、濁度、熒光葉綠素濃度數(shù)據(jù), 分析不同粒徑范圍懸浮體的空間分布特征及其控制因素。

1 材料與方法

本文所使用數(shù)據(jù)及樣品由中國海洋大學(xué)“東方紅2號”考察船在2016年6—7月對北黃海進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查時獲得, 包括4條斷面和20個大面站, 其分布情況如圖1所示。調(diào)查資料包括懸浮體體積濃度(μL/L)、粒徑(μm)以及水體溫度(℃)、濁度(NTU)、熒光葉綠素濃度(μg/L)的剖面連續(xù)數(shù)據(jù)。

懸浮體原位體積濃度、粒徑數(shù)據(jù)由LISST 100-X(C)型現(xiàn)場激光粒度儀測量。LISST 100-X(C)是由美國SEQUOIA公司開發(fā)的一種原位激光粒度儀, 可同時測量2.5~500 μm的32個粒級的懸浮體體積濃度(μL/L)。水體溫度、濁度及熒光葉綠素濃度數(shù)據(jù)由SeaBird 9Plus/11 CTD攜帶Wetlab濁度、熒光葉綠素傳感器進(jìn)行采集。

本文所使用懸浮體體積濃度、溫度、濁度、熒光葉綠素濃度均為將原始數(shù)據(jù)校正處理后進(jìn)行1 m層平均所獲得的分層平均值。

圖1 研究區(qū)調(diào)查站位、斷面分布圖

2 結(jié)果

2.1 各粒級懸浮體體積濃度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

粒徑是懸浮體的重要屬性, 粒徑差異較大的懸浮體在物源、物質(zhì)組成[14]、沉降特性[17]等方面也截然不同。因此, 可根據(jù)粒徑將懸浮體進(jìn)行分類, 從而研究不同性質(zhì)懸浮體的分布規(guī)律。

對全部調(diào)查站位的懸浮體體積濃度進(jìn)行平均計(jì)算, 分別得到研究區(qū)懸浮體體積濃度在32個粒級的平均值。結(jié)果顯示(如圖2), 粒徑<128 μm的懸浮體體積濃度較低, 變化比較平穩(wěn), 而粒徑>128 μm的懸浮體體積濃度隨粒徑增大而迅速升高。Eisma[10]認(rèn)為, 海水中懸浮體以單體顆粒、結(jié)構(gòu)緊實(shí)的小絮團(tuán)以及含水率高、結(jié)構(gòu)松散的大絮團(tuán)3種形式存在; Mikke-lsen 等[18]也用實(shí)測數(shù)據(jù)證實(shí)了上述觀點(diǎn), 兩者均指出劃分結(jié)構(gòu)緊實(shí)的小絮團(tuán)和結(jié)構(gòu)松散的大絮團(tuán)的粒徑標(biāo)準(zhǔn)在130 μm左右, 結(jié)構(gòu)松散的大絮團(tuán)由單體顆粒和小絮團(tuán)形成, 其體積隨粒徑增大而迅速增大。本文數(shù)據(jù)顯示的粒徑>128 μm的懸浮體體積濃度隨粒徑增大而迅速升高的現(xiàn)象與上述文獻(xiàn)的認(rèn)識相一致。

因此, 本文以128 μm為標(biāo)準(zhǔn), 將懸浮體劃分為兩類性質(zhì)不同的顆粒。為了便于文中討論, 我們將粒徑小于該值、結(jié)構(gòu)緊實(shí)的懸浮體稱為細(xì)顆粒, 將大于該值、結(jié)構(gòu)松散的懸浮體稱為粗顆粒。顯然, 夏季北黃海水體中的懸浮體以粗顆粒為主, 其濃度占懸浮體總體積濃度的74%, 而細(xì)顆粒僅占26%。

圖2 研究區(qū)懸浮體平均體積濃度的粒徑分布曲線

2.2 粗顆粒、細(xì)顆粒懸浮體體積濃度以及水體濁度、熒光葉綠素濃度分布特征

濁度測量基于水體中顆粒物的后向散射, 光學(xué)儀器測量的后向散射強(qiáng)度對密度較大的無機(jī)顆粒敏感度較高, 而對粒徑較大的生源顆粒敏感度較低[19]。夏季北黃海水體濁度與懸浮體質(zhì)量濃度有良好的相關(guān)性[3]。因此, 研究區(qū)濁度可以反映密度較大的無機(jī)顆粒的濃度變化。熒光葉綠素濃度是衡量浮游植物生物量和估算海洋初級生產(chǎn)力的重要參數(shù)[20], 可用于指示生源物質(zhì)的空間分布特征。因此, 為了進(jìn)一步分析研究區(qū)不同性質(zhì)懸浮體的空間分布特征及其控制因素, 分別繪制了細(xì)顆粒、粗顆粒懸浮體體積濃度以及濁度、熒光葉綠素濃度的斷面分布圖, 對各參數(shù)進(jìn)行綜合對比(圖3)。

細(xì)顆粒體積濃度在各斷面水平方向上均呈現(xiàn)出在魯北近岸較高、由近岸向遠(yuǎn)岸降低的趨勢。并且, 魯北沿岸各站位(B33、B23、B22)與遠(yuǎn)岸深水的下層水體之間均出現(xiàn)體積濃度鋒面, 其中渤海海峽南端的B33站和成山頭西北岸外的B22站與遠(yuǎn)岸上層水體之間也形成了體積濃度鋒。沿垂向觀察發(fā)現(xiàn), 細(xì)顆粒體積濃度表現(xiàn)出下層水體較高, 上層水體較低的分布特征。在遠(yuǎn)岸深水區(qū)域, 各斷面細(xì)顆粒體積濃度均在底層最高, 向上層逐漸降低, 直至10~30 m層出現(xiàn)體積濃度躍層, 使該層以淺水體成為相對低值區(qū)(<1 μL/L)。整體來看, 近成山頭海域(BS4、BS5、B22站)細(xì)顆粒體積濃度最高(>8 μL/L)。

粗顆粒體積濃度分布特征與細(xì)顆粒的不同, 其大致表現(xiàn)為兩種分布類型: 第一類位于成山頭西北沿岸(B22站)和渤海海峽南部(B31—B33站)較淺水域。該區(qū)域粗顆粒體積濃度整體較低, 上層水體相對高于下層水體; 第二類主要位于遠(yuǎn)岸深水區(qū)。該區(qū)域粗顆粒體積濃度較高, 整體表現(xiàn)出上層水體高于下層水體的分布趨勢, 并且普遍在10~30 m層出現(xiàn)相對高值區(qū)(>150 μL/L)。

濁度的分布趨勢與細(xì)顆粒體積濃度的分布趨勢具有較好的一致性, 而與粗顆粒體積濃度分布趨勢迥異, 由此可見, 細(xì)顆粒以陸源無機(jī)顆粒為主。熒光葉綠素濃度高值主要集中在遠(yuǎn)岸深水區(qū)的10~30 m層, 與粗顆粒體積濃度高值分布具有一定的一致性。顯然, 粗顆粒體積濃度受到生源物質(zhì)的影響, 其高值分布于初級生產(chǎn)力較高的中上層水體。但是, 在成山頭西北沿岸(B22站)和渤海海峽南部(B31—B33站)較淺海域, 粗顆粒體積濃度高值并未在熒光葉綠素濃度高值水層中出現(xiàn)。這說明, 粗顆粒體積濃度變化雖然與生源物質(zhì)有關(guān), 但并非僅由浮游植物量控制, 可能還受到其他環(huán)境因素的共同作用。

3 討論

夏季, 低溫高鹽的冷水團(tuán)盤踞于北黃海中部深水區(qū), 與上混合層之間存在較強(qiáng)的溫度躍層, 其內(nèi)部水體性質(zhì)較穩(wěn)定, 動力環(huán)境微弱[21]。圍繞冷水團(tuán), 由南黃海入侵高鹽水[22]、遼南沿岸流、魯北沿岸流構(gòu)成了氣旋式環(huán)流[23]。在夏季, 由于沒有東北季風(fēng)的強(qiáng)迫, 魯北沿岸流微弱, 成為保留有冬季水性質(zhì)的魯北沿岸水[24]。北黃海沿岸潮流較強(qiáng)[25], 潮混合產(chǎn)生的湍流作用成為沿岸水體混合和物質(zhì)交換的主要動力。水體理化特性、動力條件是懸浮體分布的重要控制因素。結(jié)合研究區(qū)的溫度分布情況分析發(fā)現(xiàn), 躍層、潮混合對懸浮體分布有重要影響。

3.1 潮混合對懸浮體分布的影響

在北黃海海域, 潮混合控制著冷水團(tuán)邊界和陸架鋒的空間分布[26-28]。研究區(qū)溫度分布顯示(圖4), 在蓬萊近岸(B33站)和成山頭西北近岸(B22站), 沿岸淺水區(qū)上層水溫低于遠(yuǎn)岸深水區(qū)上混合層, 下層水溫高于相鄰冷水團(tuán)的溫度, 形成明顯的潮生陸架鋒, 而魯北沿岸中段的B23站則僅在下層出現(xiàn)陸架鋒, 上層并未出現(xiàn)。由此可見, 蓬萊近岸和成山頭西北近岸海域的水體混合較強(qiáng), 這主要是由渤海海峽和成山頭近岸海域潮混合作用較強(qiáng)[25]造成的。細(xì)顆粒分布(圖3)顯示, 其體積濃度在陸架鋒近岸側(cè)高, 遠(yuǎn)岸側(cè)低, 并且形成了與該鋒一致的“細(xì)顆粒體積濃度鋒”。顯然, 潮混合形成的陸架鋒阻礙了魯北沿岸的細(xì)顆粒懸浮體向北黃海中部輸運(yùn)。

圖3 各斷面懸浮體體積濃度及各項(xiàng)水文參數(shù)等值線分布圖

a-d. 各斷面細(xì)顆粒體積濃度/(μL/L); e-h. 各斷面濁度/NTU; i-l. 各斷面粗顆粒體積濃度/(μL/L); m-p. 各斷面熒光葉綠素濃度/(μg/L)

a–d. fine-particle volume concentrations (μL/L); e–h. turbidity/NTU ; j–l. coarse-particle volume concentrations (μL/L); m–p. chlorophyll fluorescence concentrations (μg/L) in work sections

圖4 各斷面溫度(℃)等值線分布圖

此外, 潮混合會影響底層沉積動力環(huán)境, 造成沉積物的再懸浮[26], 從而對懸浮體空間分布產(chǎn)生重要影響。以往研究顯示[27, 30], 強(qiáng)烈的潮混合作用遇爬升地形會使底層冷水上涌, 形成潮致上升流, 導(dǎo)致表層水體出現(xiàn)低溫現(xiàn)象。以往研究中遙感海表面溫度數(shù)據(jù)[27, 31-32]顯示, 成山頭附近海域夏季表層溫度較低, 出現(xiàn)“冷斑”, 表現(xiàn)出強(qiáng)烈的潮混合作用, 該現(xiàn)象與數(shù)值模擬結(jié)果相一致[30]。本文研究區(qū)溫度分布(圖4)顯示, 成山頭西北沿岸站位(B22站)溫度等值線向上彎曲, 下層冷水上涌, 使該站表層溫度在研究區(qū)表層最低, 顯示出該區(qū)域存在較強(qiáng)的潮混合作用。與此對應(yīng), 細(xì)顆粒體積濃度在此區(qū)域下層水體較高, 沿魯北沿岸流流向觀察發(fā)現(xiàn), 與之相比, 位于魯北沿岸流上游區(qū)域的下層水體細(xì)顆粒體積濃度反而較低, 顯然, 近成山頭海域的細(xì)顆粒體積濃度高值并非主要由魯北沿岸流攜帶細(xì)顆粒至此造成, 而更可能是潮混合使本地沉積物再懸浮造成的。

3.2 溫躍層對懸浮體分布的影響

研究區(qū)溫度分布(圖4)顯示, 冷水團(tuán)分布于北黃海中部深水區(qū), 與上混合層水體之間存在較強(qiáng)的溫躍層, 躍層位于10~30 m水層。懸浮體分布與溫躍層密切相關(guān)。

冷水團(tuán)所在的北黃海中部深水區(qū), 細(xì)顆粒體積濃度由底層向上層逐漸降低。由于下層水體中的懸浮體主要來自于風(fēng)浪和潮流造成的海底沉積物再懸浮[33], 上述現(xiàn)象即為再懸浮的沉積物向上擴(kuò)散造成的。而向上擴(kuò)散的細(xì)顆粒在10~30 m附近出現(xiàn)了體積濃度躍層, 在其以淺, 體積濃度整體保持低值。該體積濃度躍層與溫躍層位置基本一致。顯然, 是溫躍層阻礙了下層細(xì)顆粒懸浮體向上擴(kuò)散。

粗顆粒分布特征表現(xiàn)為兩種類型(圖3)。第一類: 體積濃度在上層水體較高, 而在下層水體較低, 該類分布主要出現(xiàn)在渤海海峽南部、魯北沿岸淺水區(qū)。第二類: 體積濃度整體高于第一類, 高值集中分布于10~30 m水層, 該類分布主要出現(xiàn)在遠(yuǎn)岸深水區(qū)。結(jié)合熒光葉綠素濃度(圖3)和溫度分布(圖4)分析發(fā)現(xiàn), 在第二類分布特征所在區(qū)域, 溫躍層較強(qiáng), 熒光葉綠素濃度和粗顆粒體積濃度高值區(qū)都分布于溫躍層附近。然而, 在第一類分布特征所在區(qū)域, 溫度的垂向變化較小, 幾乎不存在溫躍層。熒光葉綠素濃度與粗顆粒體積濃度的分布不再具有一致性。這說明, 粗顆粒體積濃度變化雖然與生源物質(zhì)有關(guān), 但并非僅由浮游植物量控制, 還與溫躍層緊密相關(guān)。喬璐璐等[34]通過計(jì)算表明, 溫躍層越強(qiáng), 躍層內(nèi)的擴(kuò)散系數(shù)越小, 對垂向運(yùn)動的抑制作用越強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)證明[35], 躍層內(nèi)海水密度迅速增大, 為沉降至此的懸浮體提供更大的浮力, 使其沉降速度減慢。因此, 溫躍層能夠使上層沉降的懸浮顆粒在此積聚。另外, 冷水團(tuán)是營養(yǎng)鹽的重要儲庫[36], 而躍層限制了下層營養(yǎng)物質(zhì)向上輸運(yùn), 為了適應(yīng)營養(yǎng)鹽和光照的分布, 浮游植物在躍層下界附近比較豐富[37]。浮游植物在提供大量生源顆粒的同時, 還會促進(jìn)水體中懸浮顆粒聚集形成粒徑較大的聚集體[38]。因此, 溫躍層內(nèi)對應(yīng)出現(xiàn)了粗顆粒懸浮體體積濃度的高值區(qū), 而近岸淺水區(qū)雖然也有較高的浮游植物量, 卻因沒有強(qiáng)躍層而未出現(xiàn)粗顆粒懸浮體的高值區(qū)。

4 結(jié)論

1) 夏季北黃海水體中粒徑<128 μm的細(xì)顆粒體積濃度較低, 粒徑>128 μm的粗顆粒體積濃度較高, 兩者分別占懸浮體總體積濃度的26%、74%。

2) 細(xì)顆粒懸浮體體積濃度與水體濁度的分布特征基本一致, 主要反映了陸源無機(jī)顆粒的空間變化。其體積濃度整體呈近岸高遠(yuǎn)岸低, 下層高上層低的分布趨勢。并且在魯北沿岸淺水與遠(yuǎn)岸深水之間出現(xiàn)了體積濃度鋒面, 在遠(yuǎn)岸深水區(qū)域以溫躍層為界, 其上為相對低值區(qū), 其下體積濃度較高。整體來看, 細(xì)顆粒懸浮體體積濃度在近成山頭海域最高(>8 μL/L)。粗顆粒懸浮體則主要受生源物質(zhì)影響。在近岸淺水區(qū), 其體積濃度由上層水體向下層水體逐漸降低; 在遠(yuǎn)岸深水區(qū), 其體積濃度高值集中出現(xiàn)在10~30m的溫躍層內(nèi)。

3) 潮混合作用和溫躍層是控制懸浮體分布的主要因素。成山頭西北近岸較強(qiáng)的潮混合作用使底部沉積物再懸浮是造成該區(qū)域細(xì)顆粒懸浮體高濃度的主要原因。另外, 潮混合作用于冷水團(tuán)邊界, 在魯北沿岸形成陸架鋒, 阻礙了沿岸細(xì)顆粒向北黃海中部輸運(yùn)。

4) 較強(qiáng)的溫躍層廣泛分布于研究區(qū)較深海域, 阻礙了下層細(xì)顆粒向上層水體擴(kuò)散, 從而使細(xì)顆粒在溫躍層附近形成了體積濃度躍層。此外, 強(qiáng)躍層會降低懸浮顆粒的沉降速率, 使上層沉降顆粒在躍層聚集, 加之躍層附近豐富的浮游植物為懸浮體提供了大量生源顆粒, 同時促進(jìn)小顆粒凝聚成為粒徑更大的聚集體, 致使溫躍層附近成為粗顆粒體積濃度高值區(qū)。

[1] Li Zhen, Bao Xianwen, Wang Yongzhi, et al. Seasonal distribution and relationship of water mass and suspended load in North Yellow Sea[J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 2009, 27(4): 907-918.

[2] 鮑獻(xiàn)文, 李真, 王勇智, 等. 冬、夏季北黃海懸浮物分布特征[J]. 泥沙研究, 2010, 4 (2): 48-56. Bao Xianwen, Li Zhen, Wang Yongzhi, et al. Sediment distribution features in the North Yellow Sea during summer and winter[J]. Journal of Sediment Research, 2010, 4(2): 48-56.

[3] 王勇智, 鞠霞, 喬璐璐, 等. 夏冬季北黃海水體濁度分布特征研究[J]. 海洋與湖沼, 2014, 45(5): 928-937. Wang Yongzhi, Ju Xia, Qiao Lulu, et al. Water turbidity in the northern Yellow Sea in summer and winter[J]. Ocea---nologia et Limnologia Sinica, 2014, 45(5): 928-937.

[4] 余佳, 王厚杰, 畢乃雙, 等. 基于MODISL1B數(shù)據(jù)的黃海懸浮體季節(jié)性分布的反演[J]. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì), 2014, 34(1): 1-9. Yu Jia, Wang Houjie, Bi Naishuang, et al. Seasonal distribution and variation of suspended sediment in the Yellow Sea in 2010 based on retrieved monthly data from MODIS L1B imagery[J]. Marine Geology and Quaternary Geology, 2014, 34 (1): 1-9.

[5] 王勇智, 喬璐璐, 鮑獻(xiàn)文, 等. 夏季北黃海水體濁度分布特征的初步研究[J]. 中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 42(6): 1-8. Wang Yongzhi, Qiao Lulu, Bao Xianwen, et al. A preliminary study on water turbidity distribution characteristics in the northern Yellow Sea in summer[J]. Periodical of Ocean University of China, 2012, 42(6): 1-8.

[6] 王勇智, 喬璐璐, 楊作升, 等.近岸強(qiáng)海流切變鋒作用下懸浮沉積物的輸送和沉積——以山東半島東端外海為例[J]. 沉積學(xué)報(bào), 2013, 31(3): 486-496. Wang Yongzhi, Qiao Lulu, Yang Zuosheng, et al. Suspended sediment transport and deposition due to strong regional shear current front: an example from the shelf waters off eastern Shandong peninsula[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2013, 31(3): 486-496.

[7] Qin Yunshan, Li Fan, Xu Shanmin, et al. Study on suspended mater in seawater in the southern Yellow Sea[J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 1988, 6(3): 201-215.

[8] Karageorgis A P, Kaberi H G, Tengberg A, et al. Comparison of particulate matter distribution, in relation to hydrography, in the mesotrophic Skagerrak and the oligotrophic northeastern Aegean Sea[J]. Continental Shelf Research, 2003, 23(17-19): 1787-1809.

[9] Guo Xuewu, Zhang Yansong, Zhang Feijun, et al. Characteristics and flux of settling particulate matter in neritic waters: The southern Yellow Sea and the East China Sea[J]. Deep Sea Research Part II Topical Studies in Oceanography, 2010, 57(57): 1058-1063.

[10] Eisma D. Flocculation and de-flocculation of suspended matter in estuaries[J]. Netherlands Journal of Sea Research, 1986, 20(2-3): 183-199.

[11] 張海波, 楊魯寧, 王麗莎, 等. 2013年夏季黃、渤海顆粒有機(jī)碳分布及來源分析[J]. 海洋學(xué)報(bào), 2016, 38(8): 24-35. Zhang Haibo, Yang Luning, Wang Lisha, et al. Distribution and source analyses of particulate organic carbon in the Yellow Sea and Bohai Sea durin summer, 2013[J]. Acta Oceanologica Sinica, 2016, 38(8): 24-35.

[12] J?hmlich S, Thomsen L, Graf G. Factors controlling aggregate formation in the benthic boundary layer of the Mecklenburg Bight (western Baltic Sea)[J]. Journal of Sea Research, 1999, 41(4): 245-254.

[13] 楊作升, 郭志剛, 王兆祥, 等. 黃、東海水體中的有機(jī)包膜及其沉積作用[J]. 海洋與湖沼, 1992, 23(2): 222-226. Yang Zuosheng, Guo Zhigang, Wang Zhaoxiang, et al. Organic films and it’s sedimentation in the water column in the Yellow Sea and the East China Sea[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 1992, 23(2): 222-226.

[14] Lam P J, Ohnemus D C, Auro M E. Size-fractionated major particle composition and concentrations from the US GEOTRACES North Atlantic Zonal Transect[J]. Deep Sea Research Part II Topical Studies in Oceanography, 2014, 116: 303-320.

[15] Agrawal Y C, Pottsmith H C. Instruments for particle size and settling velocity observations in sediment transport[J]. Marine Geology, 2000, 168(1-4): 89-114.

[16] 吳昊, 丘仲鋒, 張艷萍, 等. 2013年夏秋季黃、渤海懸浮顆粒物粒徑分布特征[J]. 海洋科學(xué), 2015, 39(12): 91-99. Wu Hao, Qiu Zhongfeng, Zhang Yanping, et al. Distribution characteristics of suspended particle size in the Yellow and Bohai Seas in summer and autumn 2013[J]. Marine Sciences, 2015, 39(12): 91-99.

[17] Mikkelsen O, Pejrup M. The use of a LISST-100 laser particle sizer for in-situ estimates of floc size, density and settling velocity[J]. Geo-Marine Letters, 2001, 20(4): 187-195.

[18] Mikkelsen O A, Hill P S, Milligan T G. Single-grain, microfloc and macrofloc volume variations observed with a LISST-100 and a digital floc camera[J]. Journal of Sea Research, 2006, 55(2): 87-102.

[19] Flory E N, Hill P S, Milligan T G, et al. The relationship between floc area and backscatter during a spring phytoplankton bloom[J]. Deep Sea Research Part I Oceanographic Research Papers, 2004, 51(2): 213-223.

[20] 費(fèi)尊樂, Trees C C, 李寶華. 利用葉綠素資料計(jì)算初級生產(chǎn)力[J]. 黃渤海海洋, 1997, 15(1): 35-47. Fei Zunle, Trees C C, Li Baohua. Estimation primary productivity using Chlorophyll data[J]. Journal of Ocea-no-graphy of Huanghai and Bohai Seas, 1997, 15(1): 35-47.

[21] 蘇紀(jì)蘭, 黃大吉. 黃海冷水團(tuán)的環(huán)流結(jié)構(gòu)[J]. 海洋與湖沼, 1995, 26(S1): 1-7. Su Jilan, Huang Daji. On the current field associated with the Yellow Sea cold water mass[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 1995, 26(S1): 1-7.

[22] Pang Chongguang, Liang Jianxia, Hu Dunxin, et al. Surface circulation patterns observed by drifters in the Yellow Sea in summer of 2001, 2002 and 2003[J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 2004, 22(3): 209-216.

[23] 韋欽勝, 于志剛, 冉祥濱, 等. 黃海西部沿岸流系特征分析及其對物質(zhì)輸運(yùn)的影響[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展, 2011, 26(2): 145-156. Wei Qinsheng, Yu Zhigang, Ran Xiangbin, et al. Characteristics of the western coastal current of the Yellow Sea and its impacts on material transportation[J]. Advances in Earth Science, 2011, 26(2): 145-156.

[24] 鮑獻(xiàn)文, 李娜, 姚志剛, 等. 北黃海溫鹽分布季節(jié)變化特征分析[J]. 中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 39(4): 553-562. Bao Xianwen, Li Na, Yao Zhigang, et al. Seasonal variation characteristics of temperature and salinity of the North Yellow Sea[J]. Periodical of Ocean University of China, 2009, 39(4): 553-562.

[25] Fang Guohong. Tide and tidal current charts for the marginal seas adjacent to China[J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 1986, 4(1): 1-16.

[26] 江文勝, 蘇健, 楊華, 等. 渤海懸浮物濃度分布和水動力特征的關(guān)系[J]. 海洋學(xué)報(bào), 2002, 24(1): 214-271. Jiang Wensheng, Su Jian, Yang Hua, et al. The relationship between SPM concentration and hydrodynamic condition in the Bohai Sea[J]. Acta Oceanologica Sinica, 2002, 24(1): 214-271.

[27] 趙保仁. 黃海冷水團(tuán)鋒面與潮混合[J]. 海洋與湖沼, 1985, 16(6): 451-460. Zhao Baoren. The fronts of the Huanghai Sea cold water mass induced by tidal mixing[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 1985, 16(6): 451-460.

[28] 戚建華, 蘇育嵩. 黃海潮生陸架鋒的數(shù)值模擬研究[J]. 海洋與湖沼, 1998, 29(3): 247-254. Qi Jianhua, Su Yusong. Numerical simulation of the tide-induced continental front in the Yellow Sea[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 1998, 29(3): 247-254.

[29] 任慧軍, 詹杰民. 黃海冷水團(tuán)的季節(jié)變化特征及其形成機(jī)制研究[J]. 水動力學(xué)研究與進(jìn)展, 2005, 20(s1): 887-896. Ren Huijun, Zhan Jiemin. A numerical study on the seasonal variability of the Yellow Sea cold water mass and the related dynamics[J]. Journal of Hydrodynamics, 2005, 20(s1): 887-896.

[30] Lü Xingang, Qiao Fangli, Xia Changshui, et al. Upwelling and surface cold patches in the Yellow Sea in summer: Effects of tidal mixing on the vertical circulation[J]. Continental Shelf Research, 2010, 30(6): 620-632.

[31] 鄒娥梅, 郭炳火, 湯毓祥, 等. 南黃海及東海北部夏季若干水文特征和環(huán)流的分析[J]. 海洋與湖沼, 2001, 32(3): 340-348.Zou Emei, Guo Binghuo, Tang Yuxiang, et al. An analysis of summer hydrographic features and circulation in the southern Yellow Sea and the northern East China Sea[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 2001, 32(3): 340-348.

[32] Huang Daji, Zhang Tao, Zhou Feng. Sea-surface temperature fronts in the Yellow and East China Seas from TRMM microwave imager data[J]. Deep Sea Research Part II Topical Studies in Oceanography, 2010, 57(11- 12): 1017-1024.

[33] 楊作升, 郭志剛, 王兆祥, 等. 黃、東海毗鄰海域懸浮體與水團(tuán)的對應(yīng)關(guān)系及影響因素[J]. 青島海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 1991, 21(3): 55-69. Yang Zuosheng, Guo Zhigang, Wang Zhaoxiang, et al. Suspended matter in the Huanghai Sea and East China Sea: its contents, distribution, relation to the water mass and factors of influence[J]. Journal of Ocean University of Qingdao, 1991, 21(3): 55-69.

[34] 喬璐璐, 李廣雪, 鄧聲貴, 等. 夏季渤海灣中北部懸浮體分布[J]. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì), 2010, 30(3): 23-30. Qiao Lulu, Li Guangxue, Deng Shenggui, et al. Distribution of suspended particulate matters in the middle and northern Bohai Bay in summer[J]. Marine Geology and Quaternary Geology, 2010, 30 (3): 23-30.

[35] Prairie J C, Kai Z, Camassa R, et al. Delayed settling of marine snow: Effects of density gradient and particle properties and implications for carbon cycling[J]. Marine Chemistry, 2015, 175: 28-38.

[36] 王保棟. 黃海冷水域生源要素的變化特征及相互關(guān)系[J]. 海洋學(xué)報(bào), 2000, 22(6): 47-54.Wang Baodong. Characteristics of variations and interrelations of biogenic elements in the Huanghai Sea cold water mass[J]. Acta Oceanologica Sinica, 2000, 22(6): 47-54.

[37] 張書文. 黃海冷水團(tuán)夏季葉綠素垂向分布結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制[J]. 海洋與湖沼, 2003, 34(2): 179-186. Zhang Shuwen. Effect mechanisms on chlorophyll-a vertical distribution in the summer within Yellow Sea cold water mass[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 2003, 34(2): 179-186.

[38] Cross J, Nimmo-Smith W A M, Torres R, et al. Biological controls on resuspension and the relationship between particle size and the Kolmogorov length scale in a shallow coastal sea[J]. Marine Geology, 2013, 343(1): 29-38.

(本文編輯: 劉珊珊)

Distribution and its control factors of the suspended particulate matter in the North Yellow Sea during summer

ZHANG Kai-nan1, 3, WANG Zhen-yan1, 2, 4, LI Wen-jian1, 3, LIU Chang-hua1, YAN Jun1, 2

(1. Institute of Oceanology, the Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. Key Laboratory of Marine Geology and Environment, the Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 3. University of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 4. Laboratroy for Marine Mineral Resources, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266071, China)

To better understand the distribution of different kinds of suspended particulate matter (SPM) in the North Yellow Sea and the key factors controlling them, in June and July 2016, we measured the SPM volume concentrations and sizes with an in-situ laser particle sizer, LISST-100X(C). We obtained the chlorophyll fluorescence concentration, turbidity, and temperature of the entire water column with a CTD device. The results indicate that coarse particles (>128 μm) of predominately biogenic matter account for most of the SPM, with the concentrations substantially higher in the thermocline of the stratificated offshore water. The concentration distributions of fine particles (<128 μm) exhibits the same tendency as turbidity, and accordingly, verify the mainly inorganic terrigenous particles of the area. Generally, the concentrations are high along the Shandong Peninsula coast and low in the offshore deep water where there is a concentration front along the coast. The concentrations are low in the upper water and high in the water below. The highest concentration is at the bottom near the Chengshantou area. Tidal mixing and the thermocline are key factors controlling the SPM distribution in the study area. Tidal mixing prompts shelf thermal fronts, which prevent coastal fine particles from spreading seaward. The strong tidal mixing near the Chengshantou area results in a resuspension of the local sediments, so the fine-particle concentration here is highest. The thermocline not only impedes the upward spreading of fine particles, but also delays the settling of particles from the upper water. Moreover, phytoplanktons gathered near the thermocline also have a significant promoter effect on the formation of high coarse-particle concentrations.

suspended particulate matter (SPM); particle size; the North Yellow Sea; tidal mixing; thermocline

Mar. 1, 2017

P736.21

A

1000-3096(2017)10-0086-08

10.11759/hykx20170301001

2017-03-01;

2017-06-27

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41476045); 中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)項(xiàng)目(A類)(XDA11030103)

[National Natural Science Foundation of China, No.41476045; Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences, XDA11030103]

張凱南(1987-), 女, 河北石家莊人, 博士研究生, 主要從事海洋沉積學(xué)研究, E-mail: zhangkainan.815@163.com; 王珍巖(1972-),男, 副研究員,通信作者, E-mail: zywang@qdio.ac.cn