天津沿海赤潮發(fā)生的基本特征研究

張琪，孫家偉，馮延竹，李希彬，王魯寧，崔健

（國家海洋局天津海洋環(huán)境監(jiān)測中心站 天津市海洋環(huán)境監(jiān)測預報中心，天津300457）

1 引言

赤潮是海洋中某些浮游植物、原生動物或微生物在一定條件下爆發(fā)性增殖并大量聚集而引起的一種使海水變色的生態(tài)異?，F象。隨著海洋環(huán)境污染日益嚴重，赤潮在我國近海的變化頻率呈現出明顯的增加趨勢,其發(fā)生對海洋生態(tài)環(huán)境、漁業(yè)生產以及人類生命健康造成嚴重的危害。渤海灣地處渤海西部，為京津冀地區(qū)主要排?？?，由于其特殊地理位置，海灣內水動力交換條件較差，水體流動性較小，隨著環(huán)渤海經濟圈的迅速建設發(fā)展，渤海灣的污染承受壓力驟增，諸多因素的綜合作用導致了近幾年渤海灣海域赤潮頻發(fā)[1]。

在赤潮的成因、生消過程、影響因子和預測技術方面很多科研工作者開展了大量的研究工作。張青田[2]回顧了中國海域的赤潮發(fā)生頻次等年際變化。竇勇等[3]統(tǒng)計了2000—2013年南海赤潮的發(fā)生規(guī)律。張福星等[4]分析了溫州海域赤潮發(fā)生的特征及水文氣象條件。段宇輝等[5]選取了渤海西部兩次赤潮過程的氣象因子對比分析。任湘湘等[6]從氣象條件誘發(fā)赤潮的角度分析得到兩種典型的誘發(fā)珠江口赤潮的天氣形勢場。張春桂等[7]根據福建沿海的赤潮資料以及相應的氣象數據，尋找與赤潮災害密切相關的氣象因子。彭模等[8]研究發(fā)現連云港海域赤潮發(fā)生前期和發(fā)展維持階段以東到東南風為主，風速較小。高清清等[9]分析了江蘇海域赤潮分布特征以及連云港和南通赤潮的各自優(yōu)勢種。鄧邦平等[10]分析了東海赤潮的發(fā)生次數與厄爾尼諾的關系，研究表明厄爾尼諾將顯著影響次年的生物種類數。前人對赤潮的研究主要基于宏觀的角度以及特定海區(qū)的分析，而關于天津沿海近年來赤潮發(fā)生規(guī)律及影響因素的研究并不多，通過前人的研究，為我們提供了一些赤潮研究的背景、方法，本文在前人的研究基礎上結合天津沿海的實際情況，通過對天津地區(qū)赤潮監(jiān)測結果的分析，總結赤潮發(fā)生的特點和規(guī)律，進而尋找影響天津海域赤潮發(fā)展的水文氣象條件，對提前預防赤潮的發(fā)生有重要作用。

2 數據和方法

2.1 數據來源

本文所用赤潮數據來自歷年《天津市海洋環(huán)境質量公報》，時間范圍為2005—2017年共13 a，主要包括歷年赤潮發(fā)生的起止時間、赤潮發(fā)生面積、赤潮發(fā)生次數以及優(yōu)勢種等。本文所用的水文氣象觀測數據資料來自于國家海洋局天津海洋環(huán)境監(jiān)測中心站的觀測數據，由于2009年以前要素不全，所以水文氣象觀測要素的特征分析時間范圍為2009—2017年，要素包括水溫、風速、風向。位勢高度數據來源于NCEP再分析資料。

2.2 赤潮監(jiān)測方法

赤潮監(jiān)控區(qū)常規(guī)監(jiān)測每半月1次，赤潮發(fā)生期間根據《天津市海洋災害應急預案》以及赤潮規(guī)模、毒性等確定監(jiān)測頻率，原則上有毒赤潮每周監(jiān)測2～4次，無毒赤潮（綠潮）每周監(jiān)測1～2次，赤潮生物細胞總數，優(yōu)勢種種類與細胞數量的監(jiān)測主要依據《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB17378.7—2007）中的個體計數法。

3 天津沿海海域赤潮特征

3.1 赤潮發(fā)生面積

2005—2017年天津海域累計發(fā)生赤潮面積4695km2（見圖1），平均每次赤潮發(fā)生面積為156.5km2。赤潮發(fā)生面積最大的年份是2006年，為860 km2，其次是2005年，為750 km2，除2011年沒有赤潮發(fā)生外，赤潮發(fā)生面積最小的年份是2008年，僅30 km2。

3.2 赤潮發(fā)生次數

2005—2017年天津海域共發(fā)生赤潮30次（見圖1），平均每年發(fā)生2.3次。從赤潮發(fā)生次數來看，赤潮發(fā)生最多的年份是2017年，共發(fā)生6次，其次是2016年，共發(fā)生了4次，赤潮發(fā)生次數最少的年份為2011年，沒有赤潮發(fā)生。

3.3 赤潮發(fā)生逐月變化

圖2 2005—2017年天津沿海逐月赤潮發(fā)生次數

圖1 2005—2017年天津沿海赤潮發(fā)生面積（柱狀圖）、次數（線圖）統(tǒng)計

圖2 給出了2005—2017年赤潮發(fā)生的逐月數據，從圖中可以看到赤潮發(fā)生的時間跨度從3—11月，其中3月、11月僅各發(fā)生一次，赤潮發(fā)生主要集中在6—8月，6—8月赤潮發(fā)生占總數的66.7%，其中又以8月最多，占赤潮發(fā)生總數的30%。同時從圖中可以看到，赤潮發(fā)生的時間跨度逐漸增大，2006年赤潮首次在10月發(fā)生，2007年赤潮在10月、11月均有發(fā)生，同時2017年赤潮首次在3月發(fā)生，這無疑給赤潮的預防和治理增加了難度。

3.4 赤潮生物優(yōu)勢類群

表1中統(tǒng)計了2005—2017年天津沿海主要的赤潮生物種類，2010年以前，赤潮生物種類較少，以2～3種為主，自2012年起，天津沿海每年的赤潮生物種類增多，除2015年之外，赤潮生物種類幾乎是逐年增多，2016年、2017年達到10種以上，天津海域海洋赤潮生物的種類不斷增加，預示著沿海環(huán)境有所變遷，可能影響了浮游植物群落的演替。近5 a海水水質監(jiān)測結果也表明，主要超標的海水監(jiān)測項目為無機氮，無機氮對赤潮的發(fā)生有重要作用，從整體的綜合環(huán)境指數來看，近幾年海水環(huán)境質量較前幾年有所改觀。

表1 2005—2017年天津沿海赤潮生物種類

4 影響天津沿海赤潮發(fā)生的水文氣象條件

4.1 大氣環(huán)流形勢

前文統(tǒng)計了赤潮發(fā)生存在季節(jié)特征，以夏季尤其是8月最多，另外，前人的研究中指出在赤潮發(fā)生海區(qū)，生物藻類之間相互影響，生物演變過程一般需要5～7 d左右。為此本文使用NCEP（National Centers for Environmental Prediction，美國國家環(huán)境預報中心）再分析資料統(tǒng)計了夏季赤潮發(fā)生前7 d的主要大氣環(huán)流形勢，2005—2017年夏季共發(fā)生赤潮20次。逐一分析每次發(fā)生前天津近海上空的大氣環(huán)流形勢發(fā)現：

赤潮發(fā)生前的500 hPa位勢場上，天津近海處在弱槽前或槽中（見圖3），不斷有西南暖濕氣流補充，水汽充沛，緯向為帶狀分布，地面圖上表現為弱的或不明顯的天氣系統(tǒng)，風力較弱，此類型的天氣系統(tǒng)占所分析的天氣系統(tǒng)的50%左右，另外一個易發(fā)生赤潮的天氣形勢為圖4，副高西伸北抬加強，天津近海處于高壓控制的天氣系統(tǒng)，地面圖上無明顯的天氣系統(tǒng)，風向為偏南風為主，風力較弱，此類型的天氣系統(tǒng)約占所分析的天氣系統(tǒng)的30%。

圖3 夏季赤潮發(fā)生的主要天氣形勢1

圖4 夏季赤潮發(fā)生的主要天氣形勢2

圖5 赤潮發(fā)生前期的水溫分布情況

4.2 表層水溫

前面的分析指出天津沿海赤潮主要集中在6～8月份，一定程度上說明了海溫對赤潮的影響，水溫過高或過低都不利于赤潮的生長繁殖。下面我們對赤潮發(fā)生前7 d的水溫進行統(tǒng)計（見圖5），結果顯示超過半數的赤潮發(fā)生在海溫25～30℃之間，進一步分析確定在這59.8%中有近70%發(fā)生在水溫25～27℃之間，因而天津沿海最適合赤潮發(fā)展的水溫是25～27℃。

圖6分析了赤潮發(fā)生期間表層水溫的日變化，通過統(tǒng)計發(fā)現有54%的赤潮發(fā)生時表層水溫日變化在0.5℃以內，35%的赤潮發(fā)生時表層水溫日變化在0.5～1℃，水溫日變化超過1℃的赤潮僅占11%。通過對水溫日變化的分析發(fā)現天津沿海大部分（89%）赤潮發(fā)生前表層水溫穩(wěn)定，日變化均小于1℃。

圖6 赤潮發(fā)生前期的水溫日變化分布情況

圖7 赤潮發(fā)生前期的風速分布情況

圖8 赤潮發(fā)生前期的風向分布情況

4.3 風速和風向

風對赤潮的影響具有兩面性，當風速較大時，赤潮生物很難聚集不容易形成赤潮，當風速適宜時有利于海水的垂向運動輸送下層的營養(yǎng)物質向上從而有利于赤潮的形成。下圖統(tǒng)計了赤潮發(fā)生前期天津沿海的風速和風向。從圖7中可以看到，天津沿海最適宜赤潮發(fā)生的風速為3、4級風，其中赤潮前期風速為3級的比例為38.5%，四級為45.2%。進一步分析赤潮發(fā)生前的風向（見圖8），其中風向在90°到180°的概率最大，占45.9%，風速在180°到270°的概率占25.2%，因而我們可以看出東南風、西南風有利于赤潮發(fā)生。

5 結論

本文利用2005—2017年《天津市海洋環(huán)境質量公報》中的天津沿海赤潮監(jiān)測資料以及國家海洋局天津海洋環(huán)境監(jiān)測中心站的水文氣象觀測資料，統(tǒng)計分析了赤潮發(fā)生的基本特征及其水文氣象條件，得到結論如下：

（1）2005—2017年天津海域共發(fā)生赤潮30次，平均每年發(fā)生赤潮2.3次，赤潮發(fā)生最多的年份是2017年，共發(fā)生6次；

（2）2005—2017年天津海域累計發(fā)生赤潮面積4695 km2，平均每次赤潮發(fā)生面積為156.5 km2。其中赤潮發(fā)生面積最大的年份是2006年，赤潮發(fā)生面積為860 km2；

（3）天津海域赤潮發(fā)生主要集中在夏季，又以8月最多，占赤潮發(fā)生總數的30%，同時通過赤潮數據的逐月分析發(fā)現赤潮發(fā)生的時間跨度逐漸變大；

（4）通過赤潮優(yōu)勢種的分析發(fā)現2010年以前赤潮生物種類較少，自2012年起，天津海域赤潮生物的優(yōu)勢種類有不斷增加的趨勢；

（5）通過對海溫和風的分析發(fā)現25～27℃水溫范圍內赤潮發(fā)生較多，大部分赤潮發(fā)生時表層水溫穩(wěn)定；最適宜赤潮發(fā)生的風速為3、4級風，東南風、西南風有利于赤潮發(fā)生。