2016年春季季風(fēng)轉(zhuǎn)換期的珠江沖淡水分布與生態(tài)特征分析*

帥義萍, 陳寅超, 劉子嘉, 葛在名, 馬夢(mèng)真, 張?jiān)贩? 李芊,3

1. 熱帶海洋環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所), 廣東 廣州 510301;

2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049;

3. 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(廣州), 廣東 廣州 511458

河口是陸源物質(zhì)輸入海洋的主要場(chǎng)所, 徑流攜帶大量的懸浮泥沙和豐富的營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)入海洋, 形成河口獨(dú)特的生態(tài)學(xué)特征(Meybeck, 1982; 寧修仁 等,2000)。珠江徑流量居我國(guó)第二位, 有著極其復(fù)雜的河網(wǎng)系統(tǒng), 3條主要支流(西江、北江和東江)經(jīng)過(guò)八大口門(mén)匯入南海。珠江年徑流量可達(dá)3.3×1011m3, 年輸沙量可達(dá)8.7×1010kg (趙煥庭, 1990;Xia et al, 2004), 其中80%的徑流量發(fā)生在4—9月。巨量徑流匯入海洋, 與高鹽的海水混合后, 形成珠江沖淡水。

沖淡水帶來(lái)的大量營(yíng)養(yǎng)鹽和有機(jī)物質(zhì)輸入, 可引起浮游植物藻華, 形成較高的初級(jí)生產(chǎn)力, 對(duì)河口的生物地球化學(xué)要素產(chǎn)生重要影響(Dai et al,2008; Li et al, 2018)。同時(shí)徑流帶來(lái)的大量泥沙對(duì)珠江口的沉積過(guò)程也有著重要貢獻(xiàn)(胡輝 等, 1995)。20世紀(jì)60年代初毛漢禮等(1963)提出沖淡水的概念,并定義沖淡水的鹽度范圍為4‰～32‰。胡輝等(1995)在研究長(zhǎng)江口不同水系與鋒面時(shí), 將沖淡水定義為鹽度為5‰～31‰的水團(tuán), 將鹽度<5‰的水團(tuán)稱(chēng)為河口水, 鹽度>31‰的水團(tuán)稱(chēng)為外海水。在本文中, 我們將沖淡水定義為鹽度范圍在5‰～30‰的海水, 以鹽度對(duì)珠江口水系進(jìn)行劃分, 用來(lái)研究沖淡水及其鋒面的影響因子及生態(tài)效應(yīng)。

在春季季風(fēng)轉(zhuǎn)換期, 冬季盛行的東北季風(fēng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橄募臼⑿械奈髂霞撅L(fēng), 伴隨著珠江徑流量不斷增大。在徑流和季風(fēng)共同作用下, 沖淡水的擴(kuò)散路徑及形態(tài)不斷發(fā)生變化, 整個(gè)水柱中的溶解氧、濁度的分布特征以及浮游植物的生長(zhǎng)都隨著沖淡水路徑的改變而受到影響。為了了解在季風(fēng)轉(zhuǎn)換期,不同環(huán)境因子對(duì)沖淡水路徑變化的響應(yīng), 以及各環(huán)境變量之間的相互作用及其時(shí)空變化規(guī)律, 我們對(duì)2016年4、5、6月期間3個(gè)航次的溫鹽深剖面儀(Conductivity, Temperature, Depth, CTD)數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理, 分析了珠江口在入夏期間的季風(fēng)、徑流、鋒面、葉綠素、溶解氧和濁度的時(shí)空分布特征及變化規(guī)律, 分析和討論了其中的調(diào)控機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 站位設(shè)置

大面及斷面數(shù)據(jù)來(lái)源于2016年4、5、6月期間進(jìn)行的3個(gè)珠江沖淡水航次的調(diào)查中獲取的CTD數(shù)據(jù)。采樣時(shí)間分別為4月12—18日, 5月13—20日,6月17—23日。研究范圍為20—23°30′N(xiāo), 110—118°E (圖1)。其中4月包含91個(gè)站位, CTD采樣時(shí)間間隔為1s。5月有77個(gè)站位, 6月有154個(gè)站位,CTD采樣時(shí)間間隔為0.042s。所獲取數(shù)據(jù)包含溫度、鹽度、熒光葉綠素、溶解氧以及濁度等多個(gè)水文及生態(tài)環(huán)境因子。我們選取了河口下游至河口外的斷面1和河口外平行于岸線(xiàn), 平均水深約30m的斷面2來(lái)觀(guān)測(cè)各個(gè)環(huán)境因子的時(shí)空變化情況(圖1)。斷面1正好經(jīng)過(guò)了伶仃洋內(nèi)位于珠江河口南岸的濁度最大區(qū)的邊緣, 以及磨刀門(mén)水域附近的低氧高發(fā)區(qū)(Shi et al, 2017)。在4、5月的斷面1的觀(guān)測(cè)點(diǎn)主要位于口門(mén)外, 6月觀(guān)測(cè)點(diǎn)包含斷面1中口門(mén)內(nèi)外兩個(gè)部分。斷面2中4、5月觀(guān)測(cè)點(diǎn)所在位置為21—22°N,111—114°30′E, 6月斷面2觀(guān)測(cè)點(diǎn)所在位置為21—22°30′N(xiāo), 113—116°30′E。地形數(shù)據(jù)來(lái)源于整合了陸地地形和海洋深度的全球地表起伏模型 (1 arc-minute Earth Topography and Bathymetry dataset,ETOPO1), 分辨率為1/30°。

圖1 2016年4—6月航次采樣站位分布圖。圖中站位4月用圓圈表示, 5月用圓點(diǎn)表示, 6月用星號(hào)表示。兩條黑色實(shí)線(xiàn)分別表示斷面1和斷面2。審圖號(hào): GS(2019)3266Fig. 1 Map of sampling stations in the northern South China Sea (NSCS) during April — June, 2016

表層10m風(fēng)場(chǎng)及風(fēng)應(yīng)力數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)氣象衛(wèi)星先進(jìn)散射計(jì)觀(guān)測(cè)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品(The Advanced Scatterometer Data Products, ASCAT, https://coastwatch.pfeg.noaa.gov), 分辨率為0.25°, 8d平均。2016年4—6月逐日徑流量數(shù)據(jù)來(lái)源于珠江水利委員會(huì)(http://www.pearlwater.gov.cn/)。徑流量隨時(shí)間的變化如圖2所示, 其中虛線(xiàn)框分別為與3個(gè)航次對(duì)應(yīng)的期間。

圖2 珠江口2016年4—6月徑流量Fig. 2 Temporal variation of Pearl-River discharge during April — June, 2016

1.2 數(shù)據(jù)處理

本文中表層及斷面數(shù)據(jù)采用海洋數(shù)據(jù)視圖軟件(Ocean data view, ODV)的數(shù)據(jù)插值變分分析方法(Data-Interpolating Variational Analysis, DIVA)和加權(quán)平均插值方法(Weight-average gridding)。CTD數(shù)據(jù)中個(gè)別異常值被賦為空值。

2 結(jié)果

2.1 表層風(fēng)場(chǎng)分布特征

由表層風(fēng)場(chǎng)分布特征(圖3)和風(fēng)場(chǎng)玫瑰圖(圖4)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知, 在航次調(diào)查期間, 4月海面上南風(fēng)和東南風(fēng)占90%以上, 風(fēng)速較小, 最大風(fēng)速不超過(guò)6m·s–1, 其中在粵東外海主要為南風(fēng); 近岸為風(fēng)速較大的東北風(fēng), 最大風(fēng)速可達(dá)8～10m·s–1?；浳鹘逗屯夂Ｒ詵|南風(fēng)為主。5月該海域被強(qiáng)勁的東北風(fēng)控制, 以6～10m·s–1的風(fēng)速為主, 最大風(fēng)速為10～12m·s–1。6月海面上主要為風(fēng)速較小的南風(fēng), 整個(gè)海面上的風(fēng)速小于6m·s–1。

圖3 珠江口2016年4—6月采樣期間表層風(fēng)場(chǎng)分布特征及變化情況a. 2016年4月; b. 2016年5月; c. 2016年6月Fig. 3 Distribution of surface wind stress during our investigation period in 2016. (a) April; (b) May; (c) June

圖4 珠江口2016年4—6月采樣期間風(fēng)場(chǎng)玫瑰圖a. 2016年4月; b. 2016年5月; c. 2016年6月Fig. 4 Maps of wind rose during our investigation period in 2016. (a) April; (b) May; (c) June

2.2 季風(fēng)轉(zhuǎn)換期沖淡水分布特征

由表層鹽度分布(圖5d～5f)可知, 4月和5月份珠江沖淡水的擴(kuò)散路徑均為西向。4月的流幅較窄, 靠岸流動(dòng), 沖淡水邊緣離岸約35km。在風(fēng)場(chǎng)作用下,5月沖淡水?dāng)U散范圍比4月廣, 可擴(kuò)散至離岸約70km處。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查期間, 5月珠江徑流量比4月小(圖2), 沖淡水表層鹽度比4月高。沖淡水在6月向東西方向都有擴(kuò)散, 在河口附近沖淡水與外海水的交匯處形成了一個(gè)鹽度鋒和濁度鋒。在鋒面的外側(cè), 向西的沖淡水受到表層南風(fēng)和背景流場(chǎng)的抑制, 水體之間發(fā)生劇烈的混合作用, 沖淡水鹽度快速變大。向東離岸擴(kuò)散的沖淡水,在粵東外海形成了大片羽狀流, 最遠(yuǎn)擴(kuò)散至離岸約130km, 向東可達(dá)118°E附近海域, 羽狀流所流經(jīng)的海域具有較高的初級(jí)生產(chǎn)力(圖5i)。垂向上, 我們選擇了近似垂直的兩個(gè)斷面來(lái)觀(guān)察沖淡水的分布特征。斷面1從河口上游近似平行于河口走向, 經(jīng)過(guò)河口南岸濁度最大區(qū)的邊緣和河口外海岸過(guò)渡帶的低氧高發(fā)區(qū)。根據(jù)鹽度的垂向分布可知(圖6d～6f), 沖淡水在這3個(gè)月的覆蓋厚度相差不大, 最深可達(dá)10m。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查期間, 4月、5月、6月的平均徑流量分別為2.22×104m3·s–1、1.59×104m3·s–1、3.05×104m3·s–1。受徑流的影響, 斷面1中的沖淡水在6月的鹽度最低, 4月次之, 5月最大。由于風(fēng)向的作用, 沖淡水在4月時(shí)最遠(yuǎn)擴(kuò)散至距離斷面起點(diǎn)約125km處, 在5月和6月可擴(kuò)散至距離起點(diǎn)約140km處。溫度的斷面分布顯示(圖6a～6c),在入夏過(guò)程中, 海水表層溫度變化較大, 4月海表溫度約為22℃, 5月約為26℃, 6月時(shí)海表溫度可達(dá)30℃以上。由于海水底部溫度變化不大, 導(dǎo)致表底溫差在珠江口入夏的過(guò)程中不斷加劇。4月時(shí)表底溫差很小不到4℃, 5月表底溫差約為5℃, 6月時(shí),表底溫差達(dá)到10℃以上, 表層海水在溫度和鹽度共同作用下, 密度不斷降低, 海水層化也隨之不斷增強(qiáng)。

圖5 珠江口2016年4、5、6月溫度(a～c)、鹽度(d～f)、葉綠素質(zhì)量濃度(g～i)、溶解氧(j～l)以及濁度(m～o)的表層分布a, d, g, j, m為2016年4月; b, e, h, k, n為2016年5月; c, f, i, l, o為2016年6月。圖中數(shù)據(jù)為水下1m的CTD值, 白色圓點(diǎn)為實(shí)測(cè)值,插值方式采用了海洋數(shù)據(jù)視圖軟件的數(shù)據(jù)插值變分分析方法Fig. 5 Surface distributions of temperature (a～c), salinity (d～f), fluorescence (g～i), oxygen (j～l), and turbidity (m～o) during our investigation period of April — June 2016 in the Pearl River Estuary and its adjacent area. Here, the CTD data were 1 m below the surface. The white dots indicate sampling stations. Data-Interpolation variational analysis (DIVA) supplied by Ocean Data View (ODV) was adopted as our interpolating method

圖6 2016年4、5、6月珠江口斷面1的溫度(a～c)、鹽度(d～f)、葉綠素質(zhì)量濃度(g～i)、溶解氧(j～l)以及濁度(m～o)分布a, d, g, j, m為2016年4月; b, e, h, k, n為2016年5月; c, f, i, l, o為2016年6月。圖中黑色圓點(diǎn)為CTD采樣數(shù)據(jù), 采用了ODV的加權(quán)平均插值法Fig. 6 Vertical distributions of temperature (a～c), salinity (d～f), fluorescence (g～i), oxygen (j～l), and turbidity (m～o) in section 1 during our investigation period of April — June 2016. Section 1 was located along the Pearl River. The black dots are CTD sampling data. Weight-averaged gridding method was used for horizontal interpolation

斷面2與岸線(xiàn)平行, 位于離岸約40km處。根據(jù)鹽度斷面分布(圖7d～7f)可知, 4月珠江沖淡水的擴(kuò)散范圍大部分未超出斷面2, 在112°—113°E之間存在沖淡水溢出斷面2, 該處鹽度較高約為25‰。向西的沖淡水在5月很強(qiáng)盛, 在東北風(fēng)作用下, 沖淡水離岸擴(kuò)散, 因此在斷面2的海水上層覆蓋著一層厚厚的沖淡水, 從114°E延伸至112°30′E, 距離約為150km。6月沖淡水在河口的東西方向都有擴(kuò)散, 且鹽度較高, 沖淡水向東擴(kuò)散約50km后厚度迅速變小, 形成一層薄薄的羽狀流。由溫度斷面分布(圖7a～7c)可知, 整個(gè)斷面中水體溫度在4月都比較均勻, 水溫均低于24℃。到5月時(shí)海水表層溫度開(kāi)始增大, 表底溫差不斷加劇, 水柱中最高溫度約為28℃, 最低溫度約為22℃。整個(gè)斷面表層在6月都覆蓋著溫度大于30℃的暖水, 出現(xiàn)了顯著的海水層化現(xiàn)象。

圖7 2016年4、5、6月珠江口斷面2的溫度(a～c)、鹽度(d～f)、葉綠素質(zhì)量濃度(g～i)、溶解氧(j～l)以及濁度(m～o)分布a, d, g, j, m為2016年4月; b, e, h, k, n為2016年5月; c, f, i, l, o為2016年6月。圖中黑色圓點(diǎn)為CTD采樣數(shù)據(jù), 采用了ODV的加權(quán)平均插值法Fig. 7 Vertical distributions of temperature (a～c), salinity (d～f), fluorescence (g～i), oxygen (j～l), and turbidity (m～o) in section 1 during our investigation period of April — June 2016. Section 2 was parallel to the coast. The black dots are CTD sampling data. Weight-averaged gridding method was used for horizontal interpolation

2.3 環(huán)境因子的分布特征及時(shí)空變化

在珠江口4—6月期間, 葉綠素質(zhì)量濃度和溶解氧的表層分布(圖5g～5l)均與沖淡水?dāng)U散范圍較為相似, 沖淡水流經(jīng)的地方常常伴隨著較高的葉綠素質(zhì)量濃度和溶解氧。葉綠素質(zhì)量濃度在4—5月主要分布在粵西沖淡水流經(jīng)的區(qū)域, 6月在河口附近的鋒面外側(cè)出現(xiàn)較高濃度的葉綠素和溶解氧, 同時(shí)在羽狀流流經(jīng)的粵東外海大片海域葉綠素質(zhì)量濃度和溶解氧也比較高, 然而6月在河口內(nèi)徑流較強(qiáng)的區(qū)域葉綠素質(zhì)量濃度卻非常低。根據(jù)濁度分布可知(圖5m～5o), 濁度與鹽度具有很強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系, 鹽度越低, 濁度值越大。在鹽度較低的河口, 非常高的濁度值影響了浮游植物的光合作用, 導(dǎo)致初級(jí)生產(chǎn)力非常低。

垂向上, 濁度分布與徑流攜帶的懸沙具有很強(qiáng)的相關(guān)性。斷面1中(圖6m～6o), 表層濁度5月最低,4月次之, 6月濁度值最高, 且擴(kuò)散范圍最遠(yuǎn), 可達(dá)距離斷面起點(diǎn)約130km。葉綠素的分布主要受光照和營(yíng)養(yǎng)鹽的影響, 分布在河口外沖淡水流經(jīng)且濁度較小海域。溶解氧在4月有高值(>6mg·L–1)。在5月河口附近的海岸過(guò)渡帶底部, 開(kāi)始出現(xiàn)了低于3mg·L–1的溶解氧低值區(qū), 其他區(qū)域的溶解氧仍較高(>6mg·L–1)。在6月時(shí)水柱中的溶解氧存在明顯的下降, 水柱中大部分溶解氧約為5mg·L–1, 只有在葉綠素質(zhì)量濃度較大的區(qū)域, 溶解氧大于6mg·L–1(圖6j～6l)。在過(guò)渡帶海域底部, 低氧區(qū)(溶解氧<2mg·L–1)面積出現(xiàn)了進(jìn)一步擴(kuò)大, 且低氧的程度也在加劇, 同時(shí)還伴隨著比較高的濁度值。斷面2由于距離河口較遠(yuǎn), 表層濁度值都比較低, 浮游植物生長(zhǎng)主要受營(yíng)養(yǎng)鹽控制, 分布在沖淡水流經(jīng)的海域(圖7g～7i, 7m～7o)。溶解氧在離岸較遠(yuǎn)的外海也存在逐漸減少的現(xiàn)象, 且低氧區(qū)內(nèi)都伴隨著比較高的濁度值(圖7j～7l)。

3 討論

3.1 動(dòng)力過(guò)程對(duì)沖淡水?dāng)U散路徑的影響

珠江沖淡水的擴(kuò)散路徑受到多種動(dòng)力過(guò)程的影響。數(shù)值模擬結(jié)果顯示珠江沖淡水的擴(kuò)散路徑取決于風(fēng)場(chǎng)、海表高度和徑流(薛惠潔 等, 2001)。多年現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果顯示風(fēng)場(chǎng)與徑流能顯著影響沖淡水的擴(kuò)散形態(tài)及范圍(Wong et al, 2003; Ou et al, 2009;Luo et al, 2012)。其中徑流大小能顯著影響沖淡水的擴(kuò)散面積, 而風(fēng)場(chǎng)主要控制沖淡水?dāng)U散形態(tài)。東風(fēng)和東南風(fēng)能驅(qū)動(dòng)沖淡水向西沿岸擴(kuò)展, 在強(qiáng)勁的西南風(fēng)的吹拂下, 沖淡水會(huì)向東離岸輸運(yùn), 而當(dāng)海面上盛行南風(fēng)時(shí), 會(huì)有利于沖淡水向東西兩個(gè)方向擴(kuò)展。南海北部陸架區(qū)是弱潮區(qū)域, 潮流能限制沖淡水向海擴(kuò)展, 增強(qiáng)沖淡水和海水之間的混合作用,但潮流的凈輸運(yùn)量很小, 因此對(duì)河口外沖淡水的擴(kuò)散路徑影響不大(Ou et al, 2009; Luo et al, 2012)?，F(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)結(jié)果表明, 徑流主要影響沖淡水的鹽度, 徑流越強(qiáng), 沖淡水鹽度越低。沖淡水?dāng)U散面積, 受到徑流和風(fēng)場(chǎng)共同作用。一般來(lái)說(shuō)徑流越強(qiáng), 沖淡水?dāng)U散面積越大, 但不同方向的季風(fēng)影響沖淡水沿岸或離岸擴(kuò)散, 對(duì)沖淡水?dāng)U散面積也存在顯著影響?；洊|沿岸在4月由于受到了較強(qiáng)的東北風(fēng), 依據(jù)Ekman漂流理論(葉安樂(lè) 等, 1992), 表層流場(chǎng)表現(xiàn)為強(qiáng)勁的西向流。與此同時(shí), 在粵西外海的東南風(fēng)作用下, 沖淡水向西沿岸擴(kuò)展。5月在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查期間海表風(fēng)場(chǎng)為強(qiáng)勁的東北風(fēng), 會(huì)驅(qū)動(dòng)沖淡水以向西離岸擴(kuò)散, 增大沖淡水的擴(kuò)散面積。6月徑流在春季季風(fēng)轉(zhuǎn)換期達(dá)到最大, 在南風(fēng)的驅(qū)動(dòng)下, 沖淡水向東西兩個(gè)方向擴(kuò)展, 向東離岸擴(kuò)散的沖淡水形成了大面積的羽狀流。

3.2 環(huán)境因子對(duì)沖淡水的響應(yīng)及相互作用

巨量徑流攜帶大量泥沙、顆粒有機(jī)物和豐富的營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)入珠江口(Huang et al, 2003; Cai et al,2004), 在河口內(nèi)形成鹽度很低的珠江河口水, 盡管這里營(yíng)養(yǎng)鹽極其豐富, 但由于懸沙導(dǎo)致的濁度值太高, 浮游植物生長(zhǎng)受到光的限制, 葉綠素質(zhì)量濃度極低。在河口外, 鹽度和濁度發(fā)生劇烈變化, 形成一個(gè)以鹽度和濁度為特征的鋒面。在鋒面邊緣光照適宜, 徑流攜帶的豐富的陸源營(yíng)養(yǎng)鹽, 促進(jìn)了浮游植物快速生長(zhǎng)繁殖, 形成了浮游植物藻華, 因此葉綠素質(zhì)量濃度和溶解氧非常高(Gao et al, 2020)。

珠江河口鋒區(qū)底部低氧區(qū)的形成是物理-生物-生物地球化學(xué)過(guò)程共同作用產(chǎn)生的結(jié)果。珠江口在入夏時(shí), 剛剛經(jīng)歷了水體混合較強(qiáng)的冬春季節(jié), 所以4月整個(gè)水柱中溶解氧都比較高, 垂向上水體混合比較均勻, 溫度相差不大。隨著進(jìn)入海水中的凈熱通量逐漸增加, 上層海水被不斷加熱, 但下層海水的溫度依舊維持在較低的水平。最終在6月時(shí), 海水水體中表底溫差達(dá)到10℃以上, 有利于增強(qiáng)海水的層化作用。但在珠江河口, 密度變化主要受淡水控制。在沖淡水影響的海域, 海水密度變化受到鹽度變化控制, 隨著徑流增強(qiáng), 沖淡水鹽度降低, 表層海水密度顯著低于海水中下層, 形成了強(qiáng)烈水體分層, 阻礙了上層豐富的溶解氧向下傳遞(羅琳 等,2008; Liu et al, 2020)。在斷面1中, 河口附近的沖淡水具有很高的濁度, 攜帶了大量陸源顆粒有機(jī)物。在河口附近鋒面的鋒區(qū)外側(cè), 浮游植物死亡和浮游動(dòng)物排泄的過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生大量的顆粒有機(jī)物。這些顆粒有機(jī)物在向下沉降過(guò)程中, 在鋒面附近淡水驅(qū)動(dòng)力離岸重力流和風(fēng)驅(qū)動(dòng)的東北陸架流形成的氣旋式環(huán)流引起的輻合會(huì)形成穩(wěn)定的水柱, 使其在水柱中的停留時(shí)間更長(zhǎng), 并不斷消耗海水中的氧氣(Lu et al, 2018; Li et al, 2020)。沉降到海水底部的顆粒有機(jī)物, 在生物分解再礦化的過(guò)程中依然能持續(xù)消耗底層水體中的氧氣, 顯著提高底泥的耗氧通量,最終在鋒區(qū)底部形成了低氧區(qū)。

Rabouille等(2008)比較了長(zhǎng)江、密西西比河、珠江和羅納河這4條河流控制的近岸低氧區(qū)的主要物理生物過(guò)程, 分析了造成低氧的主要原因。這4條河流河水的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度是非常相似的, 且密西西比河、長(zhǎng)江和珠江的春夏初級(jí)生產(chǎn)力在河口及附近陸架區(qū)都非常高。然而珠江口底層水的停留時(shí)間更短, 且河口深度較淺(5～20m)有利于風(fēng)和潮汐引起的混合, 減弱夏季海水層化, 因此珠江河口及其陸架區(qū)很少出現(xiàn)低氧現(xiàn)象, 受低氧的影響最小。近三十年來(lái), 珠江三角洲地區(qū)工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展, 人類(lèi)生活生產(chǎn)所產(chǎn)生的大量廢水、污水?dāng)y帶大量的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)是造成珠江底層水體缺氧事件發(fā)生頻率、持續(xù)時(shí)間和影響范圍不斷擴(kuò)大的主要原因(葉豐, 2011)。珠江河口有機(jī)質(zhì)沉降速率比近海陸架區(qū)高出一個(gè)數(shù)量級(jí)且呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)(賈國(guó)東 等, 2002; Hu et al, 2008)。葉豐(2011)在2010年8月利用現(xiàn)場(chǎng)生物化學(xué)耗氧過(guò)程培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)珠江口沉積物耗氧速率較1999年增加了7～20倍。Zhang等(2009)的三維水質(zhì)模型結(jié)果顯示珠江口夏季表層沉積物耗氧占總耗氧量的68.9%～86.2%。珠江河口的淺海地形有利于有機(jī)質(zhì)沉降到海水底部, 使沉積物耗氧成為底層水體溶解氧消耗的主要因素(Yin et al, 2004; Zhang et al, 2010)。

在底層水體中, 當(dāng)水體需氧量大于周?chē)w對(duì)其的供氧量時(shí), 水體中的溶解氧會(huì)不斷減少, 可能形成低氧區(qū)。由前面的結(jié)論可知生物過(guò)程對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解作用是水體耗氧的主要原因, 而物理過(guò)程中垂向混合強(qiáng)度決定了溶解氧的垂向擴(kuò)散通量(Simpson et al, 1991)?，F(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)結(jié)果顯示, 在這3個(gè)月中, 水柱中下層溶解氧含量在持續(xù)減少, 說(shuō)明生物過(guò)程耗氧量遠(yuǎn)大于垂向混合作用對(duì)底層水體溶解氧的貢獻(xiàn)。與4月相比, 5月徑流較弱, 表層沖淡水的鹽度較高, 同時(shí)風(fēng)速較大的東北風(fēng)作用在海水表層, 有利于增強(qiáng)水體混合作用, 此時(shí)上層海水的層化作用很弱。但是觀(guān)測(cè)結(jié)果顯示, 5月部分海水底部開(kāi)始出現(xiàn)了低氧區(qū),由此可見(jiàn)在珠江河口, 夏季物理過(guò)程為水柱中輸送的溶解氧不足以支持沉積物中有機(jī)質(zhì)持續(xù)的分解和消耗, 浮游植物生長(zhǎng)和死亡產(chǎn)生的大量有機(jī)物對(duì)溶解氧的損失是底層低氧區(qū)形成的主要原因。

4 結(jié)論

4—6月珠江口海表風(fēng)場(chǎng)由風(fēng)向多變的過(guò)渡型風(fēng)場(chǎng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橄募撅L(fēng)場(chǎng)。沖淡水在風(fēng)場(chǎng)和徑流的作用下表現(xiàn)出不同的擴(kuò)散形態(tài)和擴(kuò)散范圍。受徑流攜帶的懸沙的影響, 沖淡水鹽度越低, 濁度越大。在光照適宜, 營(yíng)養(yǎng)豐富的在沖淡水流經(jīng)的海域浮游植物旺盛生長(zhǎng), 具有較高的葉綠素質(zhì)量濃度和溶解氧。垂向上, 隨著海水層化增強(qiáng), 表層光合作用產(chǎn)生的大量氧氣向下傳遞減弱, 同時(shí)穩(wěn)定的水柱使顆粒有機(jī)物停留時(shí)間增加, 沉降到海水底部的有機(jī)質(zhì)通過(guò)生物過(guò)程持續(xù)分解消耗了水體中的氧氣存量, 最終河口鋒區(qū)底部形成了低氧區(qū)。