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南黄海和东中国海夏季的悬浮颗粒物浓度的分布及其机制

QIAO Lulu^1,2lowast;, LIU Yong^1,2, CHEN Jiaojie^1,2, MA Yanyan^1,2, LI Guangxue^1,2, SONG Jun³

¹ 中国海洋大学的海底科学和探测技术重点实验室，青岛266100，中国

²中国海洋大学，海洋地理学院青岛266100，中国

³国家海洋数据服务中心，国家海洋局，天津300171，中国

收稿2011年1月18日；接收2011年6月14日

copy;中国海洋学会和Springer-Verlag Berlin Heidelberg2011

摘要

水温，浊度，叶绿素-a和悬浮沉积浓度（SSC）在2006年夏季（6月28日至7月15日）的南黄海（HS）和东中国海（ECS）的8段61个站点中进行了研究。悬浮颗粒物弄孤独（SPM）的水平分布表示近岸高浓度和离岸的低值。最大值可以达到10.4 mg/dm³,可以在长江口见到这种情况。同样的地点，底部的SSC高于海表。垂直方向上，浊度分布特征可以分为两种：在南HS高值在底部而低值在海表，在ECS近岸高值离岸低值。HS的温跃层和ECS的台湾暖流将是防止SPM向上或向海边扩散决定性因素。 观测期间即使台风艾云妮也不能在温跃层下担任主要的沉积物运输。

关键词：浊度，悬浮颗粒物浓度，夏季，温跃层，暖流

1引言

黄海（HS）和东中国海（ECS）是两种典型的有高浓度悬浮物的大陆架海，尤其是浅海。

HS和ECS中的SPM通常来自于陆生碎屑，陆生碎屑主要包含沙土沉积，粘土沉积和混合沉积(Xu et al.,1997)。长江是低盐度水和SPM的主要来源。气候学上显示夏季期间来自东南的风和暖湿气流。半日潮是这种海的主要潮汐成分。通常夏季ECS和HS的环流受黑潮，台湾暖流和对马岛暖流，HS沿岸流还有冷水团控制。此外，夏季期间，水团表现出温度分层现象。HS季节性温跃层在分布中起关键作用，尤其是在垂直方向上对营养盐和生产力的影响(Li et al., 2008; Dueri et al.,2009)。

这个区域SPM的水平分布已经被广泛的研究过。以由海洋学协会，中国科学院和伍兹霍尔海洋研究所指挥的综合观测为基础，Milliman et al. (1986), Qin et al. (1989), Zheng et al. (1990)and Wu (1995)报道了悬浮物浓度体制和在南HS的机制。江苏北部浅海域浊度最大值多数是由再悬浮引起的（Zheng et al., 1990）可以携带大量悬浮物沉积进行离岸运动，悬浮沉积集中影响表面波(Wang et al., 2011)。来自大陆架向深海的一次沉积物运输表现了季节性波动，可以被总结成为在夏季存储冬季运输(Yang et al.,1992; Guo et al., 1999; Guo et al., 2002)。Bai et al.(2002) and Bai et al. (2003)描述了光透射特征和涉及到夏季和冬季在ECS的沉积物运移。他们进一步指出台湾暖流是悬浮物质运输的障碍但是没有更进一步的解释给出。Pang et al. (2009)建立了一个回归方程去推算任何深度的悬浮含沙量浓度。除了野外观测，数值模拟也是一个有效的方法研究HS和ESC中的SPM的分布和运输。以POM模式为基础，Pang et al. (2003)总结在冬季和秋季总体悬浮颗粒物向南运输，并且冬季比秋季多。Shi et al. (2004)建立了一个2-D的数值模式去模拟HS南边海域的海底放射型沙丘的潮汐，潮流和沉积运动。Wang and Jiang(2007)进一步报道了潮流，底部沉积物类型和沉积物再悬浮在SPM分布中扮演的重要角色。尽管HS和ECS中的SPM分布有了上述进步，但是在垂直分布以及它的控制机制上实施的工作仍很少(Pang et al., 2009)。即使Panget al. (2001)已经将垂向上全部悬浮物的分布分成四种类型，但没有进一步的形成机制研究被提出过。

因此，本文第二章中以野外观测数据为基础，我们的目标是在在第三节中展示HS和ECS在夏天的SPM的水平和垂直分布及其控制机制，我们通过我们观察的研究区域进一步在第四节讨论艾云尼台风的影响。最后一章是本文的总结。

2 观测

我们的测量由在南HS和ECS中2006年6月28号至7月15号的八节61个站点管理(Fig. 1)，这段时间是台风艾云尼穿过研究位置。水温，浊度，SSC和叶绿素-a在每个站点进行了研究。此外，连续在Sta.P按照如图1所示连续观测25小时。

图1.南HS和ECS的观测站点。等值线表示水深。黑色圆点代表六个截面的观测站点，白色方块有连续的观测代表Sta.P。黑色和灰色剪头表示根据Sursquo;s work (2001)的ECS和HS夏季海流系统原理图解。TWC是台湾暖流的缩写，HSCC是黄海沿岸流缩写，ECSCC是东中国海沿岸流的。

温度，盐度，浊度和叶绿素a的垂直分布用CTD（Seabird911plus,美国）测量。在每个调查中，仪器都用绞车以均一速度释放。垂直分辨率为1米。除了CTD调查之外，水样也采取倒置水样每1, 10, 20, 30, 50, 75, 100, 150, 200,300, 500, 1 000米水深的站点，并且从底层开始。接下来，每个水样的悬浮颗粒物质量浓度由滤膜器收集，在实验室干燥，称重。因此，文中的SSC表示每单位体积的浓度或悬浮颗粒物重量。

3结果

夏季，悬浮物的水平分布分布为近岸高浓度离岸低浓度（图2）。同样的站点，SSC底部通常比表层浓度高。最高浓度在长江口，表层可以达到10.4mg/dm³，底部可达154.4mg/dm³。这说明在ECS的河流输沙量是SPM的一个重要来源。跟近岸的高SSC相比，ECS东岸的深水显示出高透明度。这两种水体的边界与台湾暖流位置一致，这表明这个向北的暖流阻挡了横断面的SPM深海传输。

图2.表层和底层的SPM的水平浓度(mg/dm³)分布。黑色三角形标记测站。

既然SSC标准水平的垂直分辨率不够好，水浊度通常被用于鉴定SPM的垂直分布。水浊度指示水中总悬浮颗粒物的内容，包含了浮游生物和SPM(Lin, 2007)。然而，较好的对数线性关系已经在SSC和浊度之间被找到，尤其是在长江口和近海(Zhai et al., 2005)。为了证实HS和ECS中水体浊度和SSC的关系，相应的系数可以估算。如表1所示，底层和中层的水体浊度与非藻类悬浮物的线性关系密切相关（图中没有给出）。然而，SSC和浊度之间相对低相关的系数可以在表层找到，这表明另一个因素对于这一层的浊度贡献很大，比如，浮游植物。因此，在这个研究中，水体浊度可以用来估算SPM垂直分布，除了表层的。

表1.SSC和浊度之间的关系系数

图3.六个截面FTU中浊度的垂直分布，垂直方向观测分辨率1米，黑色三角形是测站。

如图3所示，浊度的垂直分布的特点可以分成两种，底部高值和表层低值如南HS的截面S1和S2所示，近岸高值和离岸低值如ECS的截面S3到S6。南HS截面中的浊度比ECS中的多很多。根据SSC和浊度之间的线性关系，我们可以提出SSC的增长来自南HS 到ECS。

以截面S1和S4为例，比如浓度的分布机制，HS和ECS的SPM要分开讨论。如图4a,温度梯度大于-1℃/米的温度分层可以在10米到20米的深度被发现。此外，温跃层的位置与清水保持一致，即使层化层下有高浊度的水。根据SSC和浊度之间密切的关系，低漫射的分层水通过封锁SPM阻挡了SPM向上扩散。在分层水中展现出来的最大浮力频率和流量的理查森数(Qiao et al., 2011)也可以支撑这个结论。浊度和盐度之间的相似关系无法找出(图4b)。

截面S4中的水温垂直分布与S1中有显著的不同，向海从19到26℃。暖咸水大约在123.7°E附近，指示了台湾暖流的位置（Zhang and Wang, 2004)。沿岸的冷的高盐度水(图5a和b)可以被上升流引导(Yan, 1991; Hu and Zhao, 2008)。这个有高浓度叶绿素a和SPM的沿岸水团的横向传播可能被向北传播的台湾暖流阻止。

4讨论

图4.截面S1中浊度和温度的关系（℃）（a），和盐度的关系（b）。填充颜色处表示浊度，轮廓线分别表示温度和盐度

图5.截面4中的浊度和温度（℃）（a），浊度和盐度（b），浊度和叶绿素a浓度（10^-10）（c）的垂直分布。颜色填充部分是浊度，轮廓线分别表示温度，盐度，叶绿素a浓度。

台风艾云妮7月8到10号带着最大风速达55米/秒，最低气压930hPa(Feng et al., 2009)经过研究区域。这个过程被在Sta. P连续24小时工作并在艾云妮之前，和台风着陆时的一小时的附加观测记录下来。

如图7和表2所示，与台风来前24小时平均值相比，上层SSC响应台风艾云妮并没有明显增长。然而，在底部，SSC是正常情况下的三倍多。这演示了主要的沉积物运输都是在温跃层之下，即使是在台风期间。

5结论

我们在2006年6月28号到7月15号南HS和ECS上的61个站点八个截面得到的的测量结果，在这段时间，有一个台风艾云妮经过我们的研究区域。每个站点都调查温度，浊度，SSC和叶绿素a浓度。此外，每个站点的连续观测都被管理。

为了证实水体浊度和SSC的关系，同期系数可以算出来。底层和中层的水体浊度与非藻类悬浮颗粒物有线性关系。然而，海洋表层SSC和浊度之间相当的弱相关系数说明其他因素如浮游生物有助于浊度。

在夏季，SPM的水平分布表现了近岸的高浓度和离岸的低浓度。对于相同的地方，SSC总的来说底层高于表层。

图6.台风路径。数字表示7月1到10号[http://en.wikipedia.org/wiki/Typhoonminus;Ewiniarminus;(2006)].

图7.在 Sta. P.的不同层次的SSC的时间序列。阴影数值表示台风登陆之后的时间。

表2. 台风来前24小时和台风过后1小时平均SSC（mg/dm³）

SSC垂直分布特点可以分成两类：如南HS截面显示的底部高值和表层低值，而垂向上，如ECS截面显示的高值近岸低值离岸。除了风，浪，流，水温也可以是一个影响SPM垂向分布的重要因素。HS的低扩散的分层水通过隔离阻碍了SPM向上扩散。在温跃层下，即使是台风艾云妮也不能作用在主要的沉积物运输上。拥有高浓度SPM的沿海水团的横向传播可以被北上的台湾暖流阻碍。

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