夏季北黃海水體濁度分布特征的初步研究＊

王勇智，喬璐璐，鮑獻文，李 真

（1.國家海洋局第一海洋研究所，山東青島266061；2.國土資源部海洋油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點實驗室，山東青島266061；3.中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，山東青島266100；4.中國海洋大學(xué)海洋環(huán)境學(xué)院，山東青島266100）

北黃海近似為一平行四邊形的洼地，中部地勢平坦，等深線呈半圓形，開口朝南，地勢向南黃海傾斜，中部即為深度較大的黃海海槽，平均水深38 m，最大水深80 m。北黃海連接著渤海和南黃海，從前人研究成果和水色衛(wèi)星歷史圖片分析中不難得出，北黃海是兩者之間進行懸浮物輸運以及水交換等的1個重要通道，而且北黃海10 m等深線距離岸邊較近，其地形特征對懸浮物的分布和輸送具有重要的影響。

懸浮體的輸運在海洋環(huán)境、海洋地質(zhì)和海洋生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域有重要的作用，謝欽春等［1］在長江口外臨近海域，蘇健、江文勝等［2］在渤海中南部海域，楊海麗等［3］在海南沿海，秦蘊珊等［4－5］在渤海和南黃海，楊作升等［6－7］在渤海萊州灣及黃、東海都進行過懸浮物質(zhì)量濃度分布和輸運的研究。但在北黃海海域，由于缺乏大面積和多要素的實測數(shù)據(jù)，本區(qū)該方面的研究較少。根據(jù)國家908專項北黃海區(qū)塊水體調(diào)查的要求，2007年7月19日～8月7日中國海洋大學(xué)使用東方紅2號海洋科學(xué)綜合調(diào)查船對渤海海峽及北黃海的總計20個斷面、209個站位（見圖1）進行了溫度、鹽度、密度和濁度等因素的綜合調(diào)查。

濁度是1種光學(xué)效應(yīng)，它反應(yīng)了光線在透過水層時受到的阻礙程度。海水濁度是指懸浮物均勻分布于海水中的溶性微小顆粒物質(zhì)或可溶性有機與無機化合物等對海水中入射光線的散射、吸收導(dǎo)致光線的衰減程度，是表征海水光學(xué)現(xiàn)象的物理特征指標。雖然，濁度數(shù)值的大小并不能直接代表懸浮物的質(zhì)量濃度，但它可以間接反映懸浮物質(zhì)量濃度的變化，海水濁度的大小與水體中懸浮物質(zhì)量濃度分布有直接關(guān)系，并且在以往的研究中均認為濁度與懸浮物的質(zhì)量濃度存在線性關(guān)系［2，4，8］，因此，利用濁度和懸浮物質(zhì)量濃度之間的線性關(guān)系，可得到懸浮物質(zhì)量濃度的變化。

圖1 夏季908航次測量站位示意圖及斷面位置示意圖Fig.1 Station and section distribution of 908 S702 water masses investigation in Summer

1 夏季北黃海水體濁度與懸浮物質(zhì)量濃度的擬合及分析

1.1 夏季北黃海濁度和懸浮物質(zhì)量濃度的擬合

由于夏季北黃海冷水團、地形、沿岸流等的作用，加之底質(zhì)類型分布的差異，故渤海海峽和北黃海的水體溫度和鹽度等要素分布存在較大的差異，導(dǎo)致夏季渤海海峽海域與渤海海峽以東的北黃海海域的濁度分布特征有明顯的不同。因此，在進行夏季北黃海水體濁度和懸浮物質(zhì)量濃度擬合時，以大連－成山頭之間的連線為分界線，將調(diào)查區(qū)域水體分為渤海海峽和海峽以東的北黃海區(qū)域分別進行研究。

1.1.1 擬合結(jié)果 依據(jù)前人有關(guān)研究成果——渤海水體濁度與懸浮物的質(zhì)量濃度存在線性關(guān)系［2，4，8］，對濁度值與懸浮體質(zhì)量濃度進行線性擬合，具體如下：（1）對渤海海峽海域懸浮物質(zhì)量濃度和濁度作線性擬合得到結(jié)果：

表層 S＝1.592 5T＋4.124 5（R＝0.34）

30 m層 S＝1.543 8T－0.346 2（R＝0.97）

底層 S＝1.271 0T－0.497 1（R＝0.97）

（2）對渤海海峽以東的北黃海海域懸浮物質(zhì)量濃度和濁度作線性擬合得到結(jié)果：

表層 S＝0.972 4T＋0.729 5（R＝0.51）

30 m層 S＝1.355 3T＋0.435 4（R＝0.83）

底層 S＝0.697 4T＋0.849 4（R＝0.85）

（3）對全部調(diào)查海域的懸浮物質(zhì)量濃度和濁度作線性擬合得到結(jié)果：

表層 S＝1.963 6T＋1.756 4（R＝0.41）

30m層 S＝1.477 0T＋0.172 5（R＝0.95）

底層 S＝1.152 0T－0.098 2（R＝0.94）

其中：S是懸浮物質(zhì)量濃度：T是濁度：R是相關(guān)系數(shù)。

圖2 北黃海表層、30 m和底層水體濁度與懸浮物質(zhì)量濃度擬合分布圖Fig.2 Suspended matter concentration and turbidity fitting curve in surface，30 m and bottom layer in Northern Yellow Sea

圖3 調(diào)查海域水體濁度與懸浮物質(zhì)量濃度擬合線比較Fig.3 Comparison of fitting curve of suspended matter concentration ad turbidity

1.1.2 討論分析 從調(diào)查海域表層水體濁度與懸浮物質(zhì)量濃度的擬合結(jié)果來看（見圖2，3），由于受到外界影響因素比較多，例如生物、降水、水團性質(zhì)、水動力、底質(zhì)、人為因素和光照等，所以不論是渤海海峽，還是海峽以東的北黃海水體，其水體濁度與懸浮物質(zhì)量濃度的相關(guān)系數(shù)R，表層的擬合結(jié)果總是比30 m層和底層的要差，而調(diào)查海域30 m層和底層的濁度值與懸浮物質(zhì)量濃度存在較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均在0.94以上（見圖2，3），即調(diào)查海域30 m層和底層的懸浮物質(zhì)量濃度和濁度之間基本表現(xiàn)出了相同的變化趨勢。而表層濁度與懸浮物質(zhì)量濃度擬合相關(guān)性與30 m和底層擬合相關(guān)性的差異與夏季溫躍層的存在有關(guān)，夏季調(diào)查海域在10～15 m水深處出現(xiàn)溫躍層，溫躍層以上水體水溫較高，葉綠素濃度高，營養(yǎng)鹽豐富，生物體易聚集，而內(nèi)水體層結(jié)穩(wěn)定，海水垂直擴散系數(shù)小，導(dǎo)致顆粒物和營養(yǎng)鹽富，生物體聚集，加之人類活動影響，從而使水體濁度與懸浮物質(zhì)量濃度之間的線性關(guān)系較弱［9］。而躍層以下水體，層結(jié)較為穩(wěn)定，營養(yǎng)鹽相對少，生物量少，故水體濁度與懸浮物質(zhì)量濃度的線性擬合相關(guān)性良好。

渤海海峽水體30 m層和底層的濁度和懸浮物質(zhì)量濃度擬合的相關(guān)性要明顯高于海峽以東的北黃海水體，通過圖3可以進一步看出渤海海峽和海峽以東的北黃海水體濁度和懸浮物質(zhì)量濃度擬合結(jié)果的差異：在表層，渤海海峽和海峽以東北黃海水體濁度和懸浮物質(zhì)量濃度的擬合線沒有重合部分；而在30 m層和底層隨著水體濁度值增大，2條擬合線的相差越大。其原因在于渤海海峽附近海域水深相對較淺，在夏季盛行的東南風(fēng)作用下，沿岸流較強，其對沉積物的再懸浮作用顯著，而渤海海峽以東的北黃海海域夏季基本被北黃海冷水團覆蓋，層結(jié)穩(wěn)定，中下層水體潮流流速較小，而且北黃海海域底質(zhì)多黏土質(zhì)，較不易啟動，從而造成了渤海海峽與海峽以東的北黃海海域水體濁度與懸浮物質(zhì)量濃度擬合相關(guān)性的差異。因此，由于渤海海峽和北黃海海域水動力條件、底質(zhì)類型和水團要素的不同，導(dǎo)致了上述2個海區(qū)的懸浮物質(zhì)量濃度和濁度的分布特征及機制存在一定差異。

2 夏季北黃海水體濁度分布特征

選取了調(diào)查海域較具有代表性的6個斷面：A1、A4、C1、C3、C5和B1斷面，通過水體濁度大面和斷面的分布來研究夏季北黃海水體濁度分布特征。

2.1 夏季北黃海水體濁度的大面分布特征

從調(diào)查海域表層濁度的大面分布特征來看，夏季調(diào)查海域表層存在4個高濁度區(qū)，分別位于遼東半島南端的老鐵山水道附近、山東半島的蓬萊－煙臺沿海、北黃海的登沙河至莊河河口附近及山東半島東端的成山角附近海域，其余海域的海水濁度均較小，特別是在北黃海和渤海海峽中部表層至底層海水濁度很小，與水色衛(wèi)星的遙感圖片較為符合［10］。調(diào)查海域水體10 m層的濁度分布與表層水體較為類似，但高濁度海域面積較表層大大增加，以山東半島的蓬萊－煙臺沿海、北黃海北部的登沙河至莊河河口附近及山東半島東端的成山鎮(zhèn)北部海域這3個海域最為顯著，渤海海峽中部和北黃海中部海區(qū)的10 m層水體濁度值依舊很小。其原因在于上述3個地方水深較淺，10 m水深已經(jīng)接近其底層，而且上述3個海域均位于夏季北黃海冷水團影響范圍外，受沿岸流影響較大，水體垂向?qū)咏Y(jié)不穩(wěn)定，部分區(qū)域又鄰近河口，故濁度較大。在長海縣海洋島東南及南北黃海分界線中部海域各存在1個濁度相對高的區(qū)域，由于尚未獲得同步的葉綠素等生物資料，故尚不能夠?qū)υ搮^(qū)相對較高的濁度做出合理解釋，有待進一步研究。調(diào)查海域水體30 m層的水體濁度分布特征為存在2個高濁度區(qū)：莊河河口附近海域和山東半島東部成山角附近海域，其中山東半島成山角附近高濁度區(qū)影響面積和濁度值較表層和10 m層均進一步增大，北黃海的中部30 m層濁度與表層和10 m層相似，濁度值依舊很小。調(diào)查海域水體底層濁度的分布特征可以概括為沿岸淺水區(qū)濁度高，底層濁度明顯高于表層，河口附近水體濁度高，渤海海峽中部和北黃海冷水團中心區(qū)域從表層至底層濁度很低，山東半島北岸海域水體濁度要明顯高于遼東半島南岸，山東半島東端成山角附近海域的濁度值最高，可達到40 FTU以上，大連灣－莊河和山東蓬萊－煙臺附近底層水域的濁度也較大。

圖7 夏季調(diào)查海域底層濁度分布Fig.7 Distribution of turbidity in bottom layer in summer

2.2 夏季北黃海水體典型斷面的濁度分布特征

C1斷面自旅順港至蓬萊，橫跨渤海海峽。C1斷面水體濁度自底層至表層逐漸增加，廟島群島海域水體濁度較低，北隍城島與老鐵山水道之間的水體濁度為最低（見圖8）。蓬萊近海沿岸濁度垂向分布較為均一，且該海域水深較淺（約15～20 m之間），根據(jù)本研究有關(guān)濁度與懸浮物質(zhì)量濃度的擬合關(guān)系來看，表層水體濁度高易受到生物和人為等影響，加之該海域?qū)偕迟|(zhì)海岸，沉積物類型多為砂質(zhì)和粉砂質(zhì)［11］，夏季潮流的造成的沉積物再懸浮影響應(yīng)較小。此外，根據(jù)水色衛(wèi)片來看存在1條高濁度帶自萊州灣東岸起環(huán)繞山東半島東北部［10］，因此，可以初步判定造成夏季蓬萊沿岸水體高濁度原因有二，夏季表層水體受生物和人為等因素影響大，而中下層水體濁度高可能是由于夏季盛行的西南風(fēng)產(chǎn)生的自萊州灣向東的沿岸流攜帶的再懸浮物，而少有本區(qū)局地再懸浮物。夏季，北黃海北部從表層至底層都是入流區(qū)，老鐵山水道附近屬強流區(qū)，但該區(qū)海岸類型為基巖海岸，底質(zhì)中細顆粒組分含量少，而老鐵山西北部的莊河河口附近沉積物中細顆粒物含量較高，故C1斷面北部底層高濁度應(yīng)不是沉積物局地再懸浮造成，而是由莊河河口附近西向沿岸流攜帶的再懸浮沉積物造成。從A1斷面水體濁度分布可看出（見圖9），煙臺市近海10 m至底層海水濁度較高，在中底層水高濁度區(qū)逐漸向高緯度擴散，濁度值也隨之減小，至20 m等深線附近，即接近北黃海冷水團影響海域，水體濁度變得較低。A4斷面南端起點位于威海附近海域，因A4斷面更接近北黃海冷水團中心區(qū)，故與C1和A1斷面相比，A4斷面整體濁度值較?。ㄒ妶D10），只是在45 m以淺海域近底層水體濁度相對較高，而45 m以深海域整層水體濁度均很小。C5斷面橫跨遼東半島的大連灣至山東半島成山角，由后文中夏季北黃海底層溫度分布可看出，C5斷面中部即為夏季北黃海冷水團的中心區(qū)域，也是C5斷面濁度最小的區(qū)域。由圖11可見，成山角附近海域濁度明顯較大，底層尤為顯著，其原因在于成山角附近強流作用，底質(zhì)中部分細顆粒物再懸浮，并與沿岸流攜帶的沿途再懸浮物一起造成了本區(qū)高濁度現(xiàn)象。從C3斷面濁度分布的特點為中上層水體濁度很?。ㄒ妶D12），在近底層存在2個高濁度區(qū)，并與該區(qū)沉積物類型分布較為一致：細顆粒組分含量高的區(qū)域，濁度高，因此，近底層的2個高濁度區(qū)可能是由于局地再懸浮造成。B1斷面水體濁度分布特征為桑溝灣近岸底層水體濁度很高（見圖13），黃海槽中部底層存在即1個較弱的高濁度區(qū)，其余海域濁度值較低。B1斷面中的2個高濁度區(qū)分布與底質(zhì)類型分布吻合較好，B1斷面中2個近底層高濁度區(qū)均位于山東半島東岸的泥質(zhì)沉積物上［10，12］，很可能是由于南下的沿岸流掀起的再懸浮沉積物造成，而2個高濁度區(qū)之間存在1個低濁度區(qū)，本文將在后文給予解釋。

3 濁度分布與水團的關(guān)系

夏季北黃海冷水團的冷中心約在122.5°E，38.3°N的30 m水深層次上顯現(xiàn)出來（見圖15），并與山東半島東側(cè)的黃海槽的冷水中心實現(xiàn)貫通，至底層，北黃海冷水團控制范圍逐漸增大，基本占據(jù)整個黃海槽，其低溫高鹽高密的特性逐漸明顯。結(jié)合A1、C5和B1斷面濁度和溫度分布（見圖14～16），可看出夏季北黃海海區(qū)海水垂向?qū)咏Y(jié)穩(wěn)定，濁度分布與溫度較為相似：高濁度和高溫度水體主要分布于近岸淺水區(qū)，溫躍層附近水體濁度相對較小，在近岸淺水區(qū)溫度鋒面與濁度鋒面位置基本一致，北黃海冷水團中心區(qū)域影響的海域水體濁度值很小，尤以渤海海峽中部和北黃海中部水體最為明顯。

夏季，山東半島北部沿岸水體自西向東受到北黃海冷水團的影響逐漸加大，因此，調(diào)查海域自西向東水體的層結(jié)也逐漸加強——在山東半島北部沿岸的溫度、鹽度和密度分布自西向東等值線愈發(fā)密集（見圖17～21）。由濁度斷面分布可以看到（見圖8～13），夏季近岸高濁度水體與北黃海冷水團影響海域之間存在明顯的濁度鋒面，可說明高濁度水體少有能跨過環(huán)山東半島泥質(zhì)沉積區(qū)［10，12］進入北黃海冷水團控制影響的區(qū)域，也就是說夏季北黃海冷水團對懸浮物的分布起到了屏障的作用——在山東半島北部沿岸和遼東半島南部沿岸阻止了近岸懸浮物向經(jīng)向輸送，而山東半島東部沿岸則阻止了近岸懸浮物的緯向輸送，使得近岸高濁度水體少有越過溫躍層，基本分布在約20 m等深線以淺海域，這也與水色衛(wèi)片的觀測結(jié)果較為吻合。同時，受到夏季盛行的西南風(fēng)影響，山東半島北部的東向沿岸流向東運動過程中，由于受到北黃海冷水團面積逐漸增大的影響，沿岸流流幅不斷減小，流速得以不斷增強，并在成山角附近海域達到最大，而該海域中底層水體濁度是本次觀測的最高值，集中分布于環(huán)山東半島東部泥質(zhì)沉積體的前積層和頂積層附近［10］，說明該區(qū)的再懸浮和沿岸流攜帶的懸浮物相疊加，以及受到東側(cè)北黃海冷水團擠壓（見圖11，15，濁度和溫度鋒面位于泥質(zhì)沉積體的前積層和頂積層附近海域），三者共同作用導(dǎo)致了該區(qū)的高濁度。此外，根據(jù)B1斷面溫度、密度和濁度分布來看，夏季北黃海冷水團在15 m水深以下與山東半島東部沿岸海域形成了1個明顯溫度、鹽度、密度鋒面，冷水團的高溫高鹽高密特征顯著，鋒面兩側(cè)水體濁度差異較大——鋒面西側(cè)水體濁度高，鋒面東側(cè)水體濁度迅速減小，充分說明黃海冷水團在山東半島東岸近岸再一次產(chǎn)生了屏障的效應(yīng)，阻隔了懸浮物向東輸送。B1斷面近底層存在的2個高濁度區(qū)之間有1個濁度很小的區(qū)域，這正是濁度、溫度鋒面所處的位置，而且2個鋒面恰好位于泥質(zhì)沉積體的底積層附近。

老鐵山水道至大連灣沿岸，從底層溫度大面分布（見圖18）上可以看到，北黃海冷水團的前鋒已經(jīng)抵達老鐵山水道中段附近，夏季北黃海北部從表層至底層都是入流區(qū)，并且老鐵山水道向西逐漸變窄，流幅變窄導(dǎo)致流速的加強，導(dǎo)致了大連灣至旅順沿岸底層水的濁度值逐漸增高，從C3和C5斷面溫度和濁度分布圖中發(fā)現(xiàn)斷面北部10～20 m水深層次的濁度值要比底層水濁度梯度較大，濁度的這個躍層位置又恰好與溫度、鹽度躍層的位置相一致，相當于1個濁度的躍層。

圖21 夏季調(diào)查海域底層密度分布圖Fig.21 Distribution of density in botton layer in summer

4 結(jié)語

利用908專項夏季北黃海區(qū)塊調(diào)查資料，對調(diào)查海域濁度和懸浮物質(zhì)量濃度進行了擬合分析，結(jié)果表明，30 m層和底層的濁度與懸浮物質(zhì)量濃度擬合較好，相關(guān)度均在0.94以上，表層水體受到生物、徑流和人為影響較大，故相關(guān)度很低。渤海海峽和海峽以東北黃海海域受水動力條件、黃海冷水團、底質(zhì)分布類型等影響，渤海海峽和海峽以東北黃海水體濁度和懸浮物質(zhì)量濃度的擬合相關(guān)度存在一定差異。夏季，調(diào)查海域濁度分布的特征為近岸淺水區(qū)濁度較高，高濁度區(qū)多集中于中底層水，以成山角海域的中低層水體濁度最高，渤海海峽中部和北黃海中部的水體濁度均很小。夏季北黃海海域垂向?qū)咏Y(jié)穩(wěn)定，對水體濁度分布起到較大的控制性影響，水體濁度分布與北黃海冷水團的關(guān)系密切，同時與底質(zhì)類型分布聯(lián)系具有一定聯(lián)系。高濁度和高溫度水體主要分布于近岸淺水區(qū)，溫躍層附近水體濁度相對較小，在近岸淺水區(qū)溫度鋒面與濁度鋒面位置基本一致，濁度鋒面的分布與溫度較為相近，北黃海冷水團中心區(qū)域影響的海域水體濁度值很小，尤以渤海海峽中部和北黃海中部水體最為明顯。而且，夏季北黃海冷水團對懸浮物的分布起到了1個屏障的作用——在山東半島北部沿岸和遼東半島南部沿岸阻止了近岸懸浮物向經(jīng)向輸送，而在山東半島東部沿岸則阻止了近岸懸浮物的緯向輸送，使得近岸高濁度水體少有越過溫躍層。

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