东海PN断面水文、生化要素的时空分布特征.doc

豆丁网精品论文东海 pn 断面水文、生化要素的时空分布特征李玲 1，诸裕良 1，倪晓波 21.河海大学交通学院、海洋学院，南京 (210024)2.国家海洋局第二海洋研究所，杭州(310012)e-mail：摘要：基于日本海洋数据中心（jodc）多年关于 pn 断面的水文及生化等要素的 ctd 观 测数据，利用 odv（ocean data view）软件绘出各要素的断面分布图，结合 pn 断面的水文背景，分析各要素的分布特征，阐述了东海各流系对 pn 断面上各要素的分布产生的重要影响。关键词：pn 断面，水文生化要素，东海流系0引言pn 断面(如图 11所示)是横切东海中部黑潮主轴的标准断面,相关的调查资料相当丰富， 它已成为东海及黑潮研究最重要的断面之一2。pn 断面自东海西北角长江口到东南角琉球 群岛呈西北、东南走向，(具体位置为西起 27o30n、128o15e，东至 30o30n、124o30e，与纬线成 37o 交角)。该断面不但通过长江冲淡水区，并横切冲绳海槽与黑潮主轴垂直，它跨越了东海的几 个主要水团，故而对研究东海的水文、化学和生态特征极具代表性3。图 1 pn 断面关于东海水文和生化要素方面的研究，中外海洋学者根据调查资料对其海区的温盐结构 及其化学要素的分布特征已做了大量工作，刘兴泉（2001）根据 1994 年夏季（8 月）pn 断 面的水文及化学要素 ctd 观测资料，通过对温盐度及化学要素的分析，阐述该断面夏季各 要素的分布特征和变化规律及其与海区垂直环流、长江冲淡水和黑潮水之间的关系；郭炳火 等(1997)通过 pn 断面 300m 水深陆架坡折区的温盐及其以北 f 断面 200m 水深的温盐和叶绿 素垂直分布的分析，论述了锋面涡旋在陆架水与黑潮水的交换中所起的作用3。虽然 pn 断 面的观测资料相当的丰富，有关 pn 断面上水文、生化要素的分布的特征的分析还不是很多。 本文根据日本海洋数据中心（jodc）2000 年关于 pn 断面的水文及化学要素的 ctd 观测数 据，通过对温盐度及溶解氧、ph 值、磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、叶绿素和脱镁叶绿素等 九种要素的分析，阐述该断面温盐度及化学等要素的分布特征和变化规律及其影响因素。1pn 断面的水文背景1.1 东海黑潮东海是一个具有倾斜地形特征,陆架开阔的边缘海.其大陆架边缘,终年存在一支高温、高 盐、高流速的强大海流黑潮。黑潮及其分支，是东海、黄海诸多水文现象的直接参与者。在大陆一侧，注入东海的河流众多，其中首要的要数长江4。 黑潮是太平洋一支强大的西边界流。它源自菲律宾外海，流经我国台湾东岸、东海东部、日本南岸至本州垗子近海，往东成为黑潮续流（或延续体）。位于 130oe 以西海域的黑潮， 主要流经东海外缘，称“东海黑潮”，是整个黑潮流系的重要组成部分5。表 1、东海黑潮温、盐分布特征黑潮水季节变化温度盐度黑潮表层水夏季28-29oc34.20-34.70冬季18-24.5oc 34.50-34.90黑潮次表层水/14.4-20.5oc 34.40-34.90 黑潮中层水/5-12oc34.20-34.30 黑潮深层水/ 4-6oc34.30-34.701.2 长江冲淡水毛汉礼等（1958）把它的影响框定在 31 等盐线范围之内，即自长江口起以等盐线 31.0 所框定的低盐海域，看成是长江水扩及的范围，并给它起了个直观的名字叫“长江冲淡水”4。 长江冲淡水有冬夏两条路径：（1）夏季：台湾暖流和西南季风的共同作用下，大径流量的长 江冲淡水向北转向，形成指向东北的表层长江冲淡水；（2）冬季：由于东北季风的影响，在 冬季台湾暖流向北延伸明显减弱，长江冲淡水也因其径流量较小，转向的临界指标得不到满 足，而在科氏力的作用下流入舟山海域7。长江冲淡水的温盐特征是：夏季高温、低盐(低 于 31.0)；冬季低温、低盐(低于 31.0)8。1.3 台湾暖流台湾暖流存在于东海沿岸流和黑潮之间的陆架上，大致沿 50-150m 等深线北流，是东 海诸多水文特征现象的直接参与者。3 台湾暖流水夏季的温盐特征9：表层水以高温、次高 盐为其主要特征，温、盐度的垂直分布都较均匀。深层水的温度较表层水低，而盐度较高。 它的温度垂直分布不如表层水均匀，但温、盐值比较稳定，全年都维持在 16.0 oc-23.0 oc 和34.1-34.7之间。台湾暖流水冬季的温盐特征：t：14-19ocs：34-34.65表 2、台湾暖流水夏季的温盐特征水团名称温、盐范围特征值台湾暖流表层水23.0-29.0 oc;33.3-34.227.0 oc;33.8台湾暖流深层水17.0-23.0 oc;34.2-34.719.0 oc;34.41.4陆架混合水陆架混合水位于沿岸水和黑潮水之间，是通过沿岸水和外海水的线性混合而形成的。这 种水的温度、盐度在 9-25oc、30.00-34.50 之间。在东海，其温度和盐度范围为：t：9-20 oc， s：30.00-34.50。1.5 东海各流系分布图中可以看出，pn 断面横切冲绳海槽，并与黑潮主轴垂直。台湾暖流也可沿着大陆架 北上，达到 pn 断面的位置，因此黑潮和台湾暖流会给 pn 断面的各要素的分布产生一定的影响；同时，由于 pn 断面是从东海西北角长江口到东南角琉球群岛呈西北、东南走向，大致与纬线成 37o 夹角，则该断面通过长江冲淡水区。除此之外，还存在陆架混合水的影响。2 材料与方法2.1 数据来源图 2 东海环流本文所采用的数据全部由日本海洋信息中心（jodc）数据站点下载获得,包括 2000 年 1月 16 日至 2001 年 1 月 16 日的 ctd 数据，数据采样的纬度为 20on-41on，经度为 117oe-132oe。 其中包括温度、盐度、溶解氧、ph 值、叶绿素、脱镁叶绿素、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐 等九种要素的数据。2.2 数据处理方法2.2.1odv 软件简介odv（oceandataview）是一个海洋要素分析软件。通过 odv 可以画出站位分布 图、平面分布图以及断面分布图等将大量的观测数据直观地表示出来。利用 odv 作图，可 根据需要选择不同的深度、经纬度，画出所需要的图，使用方便。2.2.2数据处理方法本文所需要的是 pn 断面的各要素分布图，即绘出断面分布图。具体处理方法如下：首 先将 odv 转化成断面模式，然后在图中选中 pn 断面（虽然不同的学者对 pn 断面的选择 不太一致，本文中选定了位置为东起 27o30n、128o15e，西至 30o30n、124o30e，跨越冲 绳海槽、大陆坡和部分陆架，与纬线成 37o 交角的断面），导入数据绘图，图绘好后，根据 需要调整图的一些参数。最后可以得到需要的 pn 断面各要素的断面分布图。3 分析与讨论3.1 温、盐及各生物、化学要素的时空分布特征3.1.1 温度、盐度的时空分布 温度(temperature)图 3 2000 年各季度温度分布图等温线呈在靠近大陆一侧的近岸或陆坡处和靠近琉球群岛一侧的外海都呈上浮趋势，中 间下凹。由等温线的分布特征可以看出：温度空间分布上为：上层高、下层低，且自表层至底层 逐渐由高变低；温度的时间分布上：夏季温度普遍高于冬季；表层和底层温差大，并且夏季 温差大于冬季温差；近海表层水温较低，外海表层水温高于近岸。春季和秋季温度的分布情况介于冬季和夏季之间，是一个过渡的过程。 盐度(salinity)夏季在次表层（100m）以上的近岸至陆架坡折区，等盐线呈靠近大陆一侧的近岸和陆 坡处微微上浮，靠近琉球群岛一侧的外海上翘、中间微微下凹的分布。陆架坡折区至琉球群 岛冲绳海槽的次表层，等盐线呈其弧形凸向大陆一侧，两端朝向琉球群岛的半封闭弧形分布。 在这种半封闭弧形等盐线以下至冲绳海槽底层，则变成大陆一侧陆坡处微微上浮、外海微微 下沉的直线分布。冬季在表层等盐线呈其弧形凸向大陆一侧，而在次表层，则呈现两端朝向 琉球群岛的半封闭弧形分布，在这半封闭弧形等盐线以下至冲绳海槽底层，大致为线性分布。图 4 2000 年各季度盐度分布图由等盐线分布特征可以看出：盐度空间上分布为，夏季，在近岸至陆架坡折区，表层盐 度低，底层盐度高；靠近大陆一侧的近岸或陆坡和陆架坡折区等盐线上浮和上翘处盐度高， 中间下凹处盐度低；而在陆架坡折区至琉球群岛的冲绳海槽，次表层半封闭弧形等盐线分布 区盐度高表层和底层盐度低，且盐度自次表层到底层逐渐由高变低；冬季，半封闭高盐等值 线抬升至表层，甚至有入侵到陆架坡折区，因此表层水的盐度较高，在半封闭弧形等盐线之 下，盐度呈向底层逐渐降低；盐度的时间分布上，表层盐度冬季高于夏季，夏季靠近大陆一 侧表层盐度较低；由于冬季海水垂直混合均匀，而夏季层化较强，因此，夏季表层和底层的 盐度差大于冬季。春季和秋季盐度的分布情况介于冬季和夏季之间，是一个过渡的过程。其中春季基本上 保持了冬季的特征，而秋季与夏季则有明显不同：秋季底层以上基本与夏季相似，但底层(大 约在 500-700m 的深度处)存在 34.30 左右的低盐核。除此之外，其总的趋势与夏季一致。3.2 生物、化学要素的时空分布3.2.1 溶解氧(oxygen)：图 5 2000 年各季度溶解氧分布图溶解氧含量分布趋势水平方向上呈近海向外海增大的趋势，而在垂直方向上，总的分布特征为：上层海水中溶解氧含量高于下层。在季节分布上，溶解氧含量，冬季高，夏季低。 冬、春季近岸陆坡区表层含量较高，最高可达 5.5ml/l，高于冲绳海槽处表层，而在夏季和 秋季表层溶解氧的含量分布比较均匀。3.2.2 ph 值(ph)：ph 值大致呈上层高，下层低的趋势，其空间分布特征与溶解氧的分布相似。时间分布 上，季节变化不大。图 6 2000 年各季度 ph 分布图3.2.3 叶绿素(chlorophyll)：图 7 2000 年各季度叶绿素分布图近岸区叶绿素含量较高，近岸陆坡区最高可达 0.45g/l，远高于陆架坡折区至琉球群岛 的冲绳海槽处。在时间分布上，春季和秋季分布特征比较稳定，基本上高值区出现在近岸处， 春季出现高峰，秋季为次高峰，夏季和冬季为低值区，近岸区表层含量远高于冲绳海槽区， 夏季近岸区叶绿素含量降低，含量高的区域向冲绳海槽方向移，大约在冲绳海槽处的次表层 可能会出现高值核心，冬季分布比较均匀，在近岸陆坡表层含量较高，自表层向底层变化比较平缓。3.2.4 脱镁叶绿素(phaeophytin)：图 8 2000 年各季度脱镁叶绿素分布图脱镁叶绿素的空间分布特征大致与叶绿素相同，也是近岸陆坡区高于外海区，近岸陆坡 区最高可达到 0.8g/l。时间分布上，春季和秋季比较稳定，和叶绿素分布相同，夏季近岸 陆坡区脱镁叶绿素含量降低，含量高的区域向冲绳海槽方向移，出现了高值核心，而冬季分 布比较均匀，自表层向底层变化比较平缓。3.2.5 硝酸盐(nitrate)：图 9 2000 年各季度硝酸盐分布图硝酸盐的分布特征大致为：自近岸向外海逐渐由高变低，表层含量低，底层含量高，并 且自表层向底层随着深度的增加逐渐增大，底层含量最高，并且随着季节变化很小，几乎不 变。3.2.6 亚硝酸盐(nitrite)： 亚硝酸盐的分布与硝酸盐的分布特征不太一致，其最高值出现在陆架坡折处，其分布特征大致为：表层高于底层，冬、春季在大致温跃层处分布呈凸向外海的半封闭弧形分布，至冲绳海槽处分布均匀，而夏季和秋季含量都较低，且分布均匀。图 10 2000 年各季度亚硝酸盐分布图3.2.7 磷酸盐(phosphate)：图 11 2000 年各季度磷酸盐分布图磷酸盐的分布与硝酸盐的分布特征大致相同，自近岸至外海由高变低，表层含量低，底 层含量高，并且随着深度的增加磷酸盐的含量逐渐增加，底层含量最高，随着季节的变化很 小。3.3 分析结合东海黑潮、长江冲淡水、台湾暖流和陆架混合水等的水文特征分析可知： 根据 pn 断面上温度和盐度的分布特征，可以看出：冲绳海槽处的温度和盐度的分布和 黑潮水的温度、盐度分布特征一致，表明了黑潮对 pn 断面上温盐分布特征产生了很重要的 影响；位于近岸陆架上的夏季温度和盐度分布，盐度最低时可达 34以下，因此结合各流 系（如台湾暖流、长江冲淡水、陆架混合水等）的温盐分布特征，可以看出此时为台湾暖流 北上所致，也有存在长江冲淡水和陆架混合水的影响；另外，由等盐线凸向陆坡的弧形分布 特征可以看出，冬季，黑潮水有明显的入侵陆架的现象。 影响海水中溶解氧含量的因素很多，一般认为起主导作用的是温度。这是气体溶解度与温度呈反比的特性所决定的。当然耗氧过程也会使氧含量减少，但这种过程往往也是随温度 的增高而加速的。因此由温度的分布为冬季低于夏季，溶解氧的分布为夏季低于冬季。 ph 值的区域平均值，冬夏两季的比较接近。影响 ph 的因素更是多重的，其中既有各种 物理、生物及化学过程的单独效应，也有其交错复合的影响。比如，浮游植物的影响，它白 天进行光合作用会使 ph 值升高，夜间又因呼吸作用会使 ph 值降低。又如真光层因生物效 应会使 ph 值升高，而次表层又因有机物氧化会使 ph 值降低。总之，海洋中 ph 值受诸相 辅相成及相反相成过程所制约，难以定论。 海洋中叶绿素的含量，与浮游植物的数量、光合作用速率及水域初级生产力等有着密切 的关系。叶绿素的时空分布与海洋环境密切相关。近岸区的高值区可能是由于富含营养盐的 长江冲淡水的作用，而在冲绳海槽处的高值区可能是由于黑潮带来的丰富的营养盐所致。 营养盐的分布表明，营养盐的分布自近岸至外海由高变低，主要是近岸由于受长江冲淡 水等径流的影响，营养盐含量比较高。富营养盐的黑潮次表层水向陆架伸展的范围：秋季比 春季、夏季的要大，表层营养盐含量低、溶解氧含量高，这主要是由于夏季浅表层混合层中 碳和营养盐的强光合作用的利用，此外，还与夏季浅表混合层与大气间的二氧化碳气体交换 有关。4. 结论由温度、盐度、溶解氧等化学生物要素的分布特征和变化规律表明：黑潮对 pn 断面上 各要素的分布有着非常重要的影响，黑潮流入东海后，在冲绳海槽仍保持其在外海次表层呈 高温、高盐，近表层呈高温、低盐，底层呈低温、次高盐的基本特征,同时，由于东海黑潮 西界位置有变动，冬季偏于陆架浅水域内，显示出该季节黑潮水强烈地入侵陆架并整体越过 坡折点的变化态势，而夏季截然不同，特别是表层黑潮水西界位置离开坡折点向外海深水方 向远伸，这一现象与等盐线的分布特征明显对应起来；溶解氧浓度自近岸到外海逐渐由低变 高，自表层到底层由高变低；营养盐浓度（除亚硝酸盐外）自近岸到外海由高变低，亚硝酸 盐最高值出现在陆架坡折处。综上，pn 断面上各要素的分布除了与黑潮高温、高盐水的入 侵、长江冲淡水带来了丰富的营养盐有着密切的关系，另外台湾暖流的北上、陆架混合水的 入侵也对 pn 断面上各要素的分布起着极其重要的作用。参考文献1汤毓祥,林葵,田代知二.关于东海黑潮流量某些特征的分析j.海洋与湖沼.1994.11,25(6):643651. 2鲍献文,林霄沛,吴德星,山 峰.东海陆架环流季节变化的模拟与分析j.中国海洋大学学报.第 35 卷,第 3 期:349356.3刘兴泉.东海 pn 断面夏季温盐及化学要素的分布特征j.海洋与湖沼.2001.3,32(2):204212. 4苏纪兰,袁业立.中国近海水文m. 第 1 版.北京:海洋出版社,2005.3:167249.5 于非，臧家业，郭炳火 ，胡筱敏 . 黑潮 水入侵东 海 陆架及陆架环 流的若干 现象 j. 海洋科学进 展.2002.7,20(3):2128.6 国家海洋局科技司.黑潮调查研究综合报告r.北京：海洋出版社，1995：6483. 7袁业立.中国陆架海海洋环流与海洋科学研究及展望j.世界科技研究与发展.20 卷 4 期：1824. 8唐晓晖，王凡.长江口邻近海域夏、冬季水文特征分析j.海洋科学集刊.2004.6,46：4266.9翁学传，王从敏.台湾暖流水的研究j.海洋科学.1985.01,第 9 卷第 1 期：710. 10王元培，孙湘平.东海黑潮区 pn 断面 gek 表层流与表层地转流的对比分析a.国家海洋局第一海洋研 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