（生态学专业论文）长江口夏季低氧区形成及加剧的成因分析.pdf

m a s t e rt h e s i si n2 0 1 1 | | f i l | i | i i i i f f 洲l y 19 0 3 5 2 3 s c h o o lc o d e ：10 2 6 9 s t u d e n t ：5 1 0 8 2 6 0 1 0 1 7 e a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y s t u d yo nm a i ni n n u e n c i n gf a c t o r so f f o r m a t i o na n dd e t e r i o r a t i o n0 fs u m m e r h y p o x i ao f ft h ey a n g t z e 砌v e r e s t u a r y d e p a r t m e n t ： 墨! 丛曼k 曼yl 垒b q ! 煎q 殴q e 墨地丛鱼鱼 m a j o r ： r e s e a r c hf i e l d ： s u p e l - 、唷s o r ： 坌塾亟q 垒墨! a lr e s e a r c h c a n d i d a t e h a 政i al r u a p r i l2 0 1 1 k、r一一，。 广，、 习 r，：o ， 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交的学位论文长江口夏季低氧区形成及加剧的成因分析， 是在华东师范大学攻读硕士学位期间，在导师的指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中作了明 确说明并表示谢意。 作者签名： 日期：力7 7 年多月艿日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 长江口夏季低氧区形成及加剧的成因分析系本人在华东师范大学攻读学 位期间在导师指导下完成的硕士学位论文，本论文的研究成果归华东师范大学所 有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论文，并向主管部门 和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的印刷版和电子版； 允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学校将学位 论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题 和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) () 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密”学位论文 幸，于 年月 日解密，解密后适用上述授权。 ( ) 2 不保密，适用上述授权。 导师签名廛 “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定 过的学位论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方 为有效) ，未经上述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认 为公开学位论文，均适用上述授权) 。 慧 _=1十 u j 引 年 名 n 姑 劬 人耙 一 勺 r 学位论文导师意见 本人负责指导司疱枝同学的硕士学位论文，据我所知，除文 中已经注明引慝的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过 的研究成果；经审阅认为该论文琶达到我校硕士学位论文的学术水 平，同意该论文送审并答辩。 导师签名： 蜀期： 墨旦! ! ：兰：2 r 指导小组导师意见 本人参与指导私自铀学的硕士学位论支，1 经审阅认为该论 文已达到我校硕士学位论文的学术水平，同意该论文送审并答辩。 螽导。组导师菩翥：一 日期：翌! ! ：皇：。 7 铀匍 - 、 - _ 矗 1 ， ) r 一 趔瀣重硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 叶属峰教授东海分局主席 张利权教授华东师范大学 李小平教授华东师范大学 k ， 二-卜一， v 、- 1 ：! 0 】_ 春季开始由南逐渐向北移动，最低氧值逐渐降低，夏季到达长江口外区域，溶氧 值达到最低，形成低氧区，而后又开始逐渐南移，低氧现象逐渐消失。 2 长江口夏季低氧现象从5 0 年代末以来，表现出逐渐恶化的趋势，主要表 现在低氧值低于1 5 m g l 的低氧事件较多出现在9 0 年代之后；此外，2 0 0 9 年低 氧区低氧面积远大于1 9 5 8 年，低氧区具有扩大化趋势。 3 长江口及邻近海域具有复杂的水下地形及水动力条件，因此长江口外低 氧区形成机制非常复杂。长江口夏季底层低氧区是在物理过程及生化过程相互作 用下形成的，但是物理过程起着主导作用。其形成过程同时受温度、盐度等环境 因子，以及长江冲淡水、黄海沿岸流、上升流、台湾暖流及黑潮等各大流系，及 其相互作用下形成的水体层化、锋面过程等影响。这些影响因素一方面直接作用 于低氧的形成过程，另一方面通过相互作用，相互影响，形成冷池与热障，最终 通过冷池及热障效应促进并决定低氧区的形成。 1 ) “冷池”是夏季在台湾暖流、上升流、涡旋式环流等流系共同影响下形 成的温度较冷，具有孤立、封闭、稳定等特征，位于长江口外1 5 米水层以下水 域，也是长江口外低氧形成海域。 2 ) “热障”是夏季受台湾暖流、长江径流、温度、层化等影响，与“冷池 相伴形成，位于“冷池”外围，且温度高于“冷池”的水域，是阻止“冷池”水 0 、 j k 0 关键词：长江口；低氧区；溶解氧；冷池；热障 行 定 低 剧 并 要 - 、 i t h eh i s t o r i c a lv 撕a t i o no ft l l ed i s c h a 唱eo fy _ a n g t z e 砌v e rd i l u t e dw a t e ra n ds e d i l l l e n t s ， 廿l ea i m u a lv 撕a t i o no fp l u n lr a 访s 臼e n g t l li nt l l em i d d l ea n dl o w e rr e a c h e so fy - a n 垂z e 砌v e r ) t h er e s u l t ss h o 、e dt h a t ： 1 t h ec e n t e ro fh y p 0 x i az o n ew a ss i _ t i 跳di nm es e aa r e ao f3 0 7 5 0 n - 3 2 0 n ， 1 2 2 5 0 e 一1 2 3 2 5 0 e ，w h i c hw a si i lt h et r o u g ho f r t l l ey - a n g t z er i v e re 曲r y 1 1 1 r o u g h o u t m ey e t h em o v e m e n to fm o n m l ym i i l h u md oz o n eh a dc e r t a i ns e a s o n a lr e g u l a r i 够 i l ls p r i n 舀t h el o wv a l u ea r e aw a sl o ca t i 甜i i lt l l es o u t h e r r m l o s te n do fr e s e a r c ha r e a ， a i l d l e nm o v e dt o w a r d sn o m lg r a d u a l l yw i n ld e c l i n i i l gd ov a l u e ，a n d nr e a c h e d y a n g t z e 鼬v 盯e 咖a r yi l la u g u 鸭f o r m e di i l t 0m eh y p o x i a a f c e rt h a t ，i tm o v e d t o w a r d ss o 砒伊a d m l l y ，a l o n gw i mw r h i c h ，t 1 1 eh y p o 财ad i s a p p e a r e dg r a d u a l l y 2 s i n c e 廿l el a t el9 5 0 s ，n l eh y p o ) 【i ao 行t 1 1 ey a n g t z e 砒v c re s t u a 巧p r e s e n t e da d e t e r i o r a t i o n 仃e n d ，w h i c hc a nb em a n i f e s t e d 丘o mt l l a tt l l eh y p o x i ae v e n tw i 1n l e m i n 曲u md ov a l u el o w e rm 锄1 5 m g lm a i n l yo c c u l l r e da f t c rl9 9 0 s ，a n db e s i d e s ，1 e h y p o x i aa r c ai 1 12 0 0 9i sm u c hl a 玛e rt h a nt l l a ti n1 9 5 8 ，w h i c h h o w st h ee n l a r g e m e n t o f h ) 节o x i az o n e 3 b e c a u s et h e r ea r ec o m p l i c a t e du n d e r v v a t c rt o p o 莎a p h ya 1 1 dc o n d i t i o n o f h y d r o d ) ，i l 锄i c so f rt l l ey 抽g t z e 黜v e re s t u a 巧锄di t sa 由a c e n ts e aa r e a ，m ef 0 咖i n g m e c h 锄i s mo fs u m m e rh y p o x i ao 行m ey - a n g 坛er i v e re 咖a 巧m u s tb ev e 巧c o n l p l e x 蛳。对aw 巍f o m e dm a i l l l yu n d e r 证l e 砷i e r a c t i o no fp h y s i c 矗ia n db i o c _ h e m i c a l m i 摘要 p r o c e 豁e s ，a n dm ep h y s i c a lp r o c e s sp l a y s 觚i i l l p o r t a n tr o l e 1 kf o m 撕v ep r o c e s s w a sa f f e c t e db ym a i l ye x t e m a lf 0 r c i n gf a c t o r s ，i i l c l u d i n gs o m ee n v i r o n i l l e n t a lf a c t o r s l i k ew a t e r t e l l l p e r a t u r ea i l ds a l i l l i 饥趾ds o m ec o a s t a la n do c e a l lc u 肼e ms ) r 曲锄sl 龇 y a n 啦e 砌v e rd i l 删w a t e r ，y e l l o ws e ac o a 矧c u r r e n t ，u p w e l l i n g ，t a i w 雒w a n i l c u r r e n ta n dk w l o s h i oc u r r e n t o no n eh a n d ，t h e s em f l u e n t i a lf i a c t o r sd i r e c t l ya f r e c t m ef o m l i i l gp r o c e s so fh ) ，p o x i a ；o nt 1 1 eo t h e rh a n d ，t l l r o u g hm u t u a l e f r e c ta n d 砌u e n c e ，t l l e yf o n nc o l dp 0 0 1a i l dt 1 1 e 咖a lb a r r i e r ，a n dt l l e ne v e n t u a l l yp r o m o t ca n d d e t e n i l i n e 廿1 ef o n l l a t i o no f h y p o 虹a l r o u 曲c o l dp o o l 锄d 1 e 肌a 1b 硎e re 骶c t 1 ) t h e “c o l dp o o l ”i saw a t e rm a s ss i t u a t e db e l o wm e15 - ms u r f a c el a y e ro 圩廿1 e y - 嬲g 亿e & v e re s t u a 巧nh a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fl o wt e m p e r 砷j r e ，i s o l a t i o n ，c l o s e ， a n ds t 山i l 晦i te m e 略e si ns u m m e r 锄di si n n u e n c e db y 1 et a i w a nw 眦nc u r r e 咄 u p e l l i n 岛a i l dv o r t e xc i r c u l a t i o n i ti st h ea r e aw h e r es u m m e rh y p o 姬af o m s 2 ) t h e “t h e r m a lb 州e ，i s 锄a r e aw i t hh i 曲e rt e m p e r 纳l r em a tf o 加【1 sa r o u n dm e p e p h e 叮o f 廿1 e “c o l dp o o l ”ni st h eb a r r i e r 廿1 a tp r e v e n t sm e “c o l dp o o l 舶m e x c h a n g i n gw a t e rw i mt h ep e r i p h e r a la r e a s ，a n di ti sa f i e 鼬e db yt h et a i 、v a nw a n i l c u r r e n t ，m n o 仃6 0 mt 1 1 e y 抽g 乜e 融v e r ，s u r f i a c ew a t e ro ft h ek u r o s h i o ，卸d 蛐眦i f i c a t i o n nr e i i l f o r c e st h e 她如i l 时o ft h e “c o l dp o o l ” 4 1 h r o u 曲a n a l y z i n gt h ed e t e r i o r a t i o nr e a s o no fh y p o x i au n d e rt h em n u e n c e so f b o 廿1c l i i i l a t ec h a n g ea n dh u m a na c t i v i t i e s ，i tw a sr e g a r d e dt h a ts e aw a t e r t e m p e r 曲j r e r i s i n ga n dm ev a r i a t i o no fy a n g t z e 鼬v e rh y d r o l o g i c a lp r o c e s s e sh a v ec e 舷i 1 1e 虢c to n h y p o 虹az o n e t h er i s i l l go fs e aw a t e rt e i n p e r a t u r ew i l lc a u s c 如ed e c r e a s i n go f d i s s o l v e do 珂g e ns o l u b i l 时a n dm c r e a s i n go fw a t e rs t r a t i f i c a t i o n ，a n dt h e ns 吮n g t h e n 1 e h y p o 妞a t h ei 1 1 c r e a s eo fp l u mr a i n s 仃e n g t l lq ) r e c i p i 切t i o n i 1 1 s u m m e r ) s t 聆n 舳e n e dt i l es t 僦i f i c a t i o ni n t e n s 匆a n d b l o c k e dt 1 1 ee x c h a n g eo fw a t e ri nv e r t i c a l d i r e c t i o n ，a i l da c c o r d m g l y ，t 1 1 eh y p o x i ab e c 姗em o r es e r i o u s t i l ed e c r e a s eo f y a n g t z e 砌v e rd i l u _ t e dw 砷e rd i s c h a 略e 粕ds e d i m e n td e l i v e 巧w i l ln l e o r e t i c a l l ym a k e 廿l e h y p 0 虹az o n cm o v es h o r e 、v a r db u ti ti sn o tm r e a l i 饥w h i c hs h o w st 1 1 a tm em l t r i e n t s 翻 摘要 a i l do 玛a j l i s m s 仃a n 印r t e db ym e y 舭g 亿e 砌v e ra r en o tt h em a i ni 1 1 n u c n t i a lf i a c t o r si n 廿l ef o 姗a t i o no f h y p o ) 【i a k e y w o r d s ：y 觚g 乜e 硒v e re s t u 孕巧；h y p o x i a ；d i s s o l v e do 珂g e n ；c o l dd o m e ；m e m a l b a r r i e r v v u ( 1 囔 1 2 3 低氧加剧原因的研究6 1 3 研究目的和研究意义8 第二章研究区域与研究方法1 0 2 1 研究区域一1 0 2 2 研究方法1 1 2 2 1 数据来源1 1 2 2 2 研究站位1 2 2 2 3 采样和测定方法1 4 2 2 4 数据处理方法1 4 第三章长江口夏季低氧区分布、形成及年际变化”1 6 3 1 溶解氧分布特征1 6 3 1 1 溶解氧水平分布1 6 3 1 2 溶解氧垂直分布2 1 3 2 低氧区发生位置、低氧值及低氧面积历史变化2 2 第四章长江口低氧区形成机制2 6 4 1 生化过程对低氧形成的影响2 6 4 2 物理过程对低氧形成的影响2 8 、， ， 一， v k ， 2 8 3 0 3 3 3 3 4 0 4 2 4 3 4 3 4 8 4 8 4 3 本章小结一4 9 第五章长江口低氧加剧成因5 1 5 1 海水变暖的影响5 1 5 2 流域过程的影响5 3 第六章总结与展望5 7 6 1 总结5 7 6 2 展望5 8 参考文献：6 0 致谢。6 9 v 第一章绪论 第一章绪论 1 1 低氧问题的科学背景 海洋水体中的溶解氧是重要的海水理化性质参数之一，也是海洋生态系统得 以维持发展的关键因子。海水溶解氧含量降低时，会对海洋生态系统造成一定的 危害，一般当溶解氧含量低于4 m g l 时，养殖鱼类会受到有害影响，当溶解氧 含量低于3 m g l 时，底栖动物数量会大大减少，而当出现低氧事件( 溶解氧浓 度小于2 m g l ) ，且长时间持续时，海洋生态系统中的各种动植物，尤其是运动 能力弱的底栖生物群落，会受到致命的危害( n i l s s o na n dr o s e n b e r g ，1 9 9 4 ；c l o e m ， 2 0 0 l ；k a r l s o ne ta 1 ，2 0 0 2 ) 。低氧事件的发生也会加大低氧区周围海域生物生存压 力及对资源的竞争压力。海水溶解氧含量不仅会影响海洋生物化学过程，还会对 全球的碳氮循环造成影响( l o t h a re ta 1 ，2 0 0 8 ) ，从而对整个生态系统产生深远的 影响。更现实的是，低氧会直接或者间接地造成经济损失。直接经济损失包括鱼、 虾、贝类等相关渔业产业的损失，间接经济损失包括低氧事件过后生态系统修复 所花费的人力及费用。 水体底层低氧区溶解氧含量可以通过如下表达式表示： 低氧区d o 含量= 低氧区外d o 含量一呼吸速率水体滞留时间 其中低氧区外溶解氧含量受溶解氧来源及溶解氧传输效率的影响，即溶解氧 的源；呼吸速率受有机物负荷及水体温度等理化条件影响，决定了溶解氧的去向， 即溶解氧的汇；水体滞留时间则决定了缺氧严重程度，其本身受风浪、大洋环流、 江河径流等物理过程的影响。当氧气消耗大于氧气生成时，或者当溶解氧向下传 输受阻时，便可能发生低氧事件。要深入了解溶解氧在海洋中的消长过程，就必 须了解海洋中溶解氧的源与汇，以及溶解氧的传输途径。 ( 1 ) 溶解氧的源：溶解氧的源主要是指浮游植物光合作用产氧及大气复氧。 浮游植物通过光合作用，将海水中二氧化碳转化为氧气，海洋植物进行光合 作用的过程可以大致用下面方程的正过程表示， 第一章绪论 n c 0 2 + n h 2 0 一( c h 2 0 ) 1 1 + n 0 2 1 1 呼吸作用 该过程主要发生在海洋真光层以上水域，光合作用与光照强度有关，在小于饱和 光强的条件下，两者成正比( 沈国英和施并章，2 0 0 2 ) ，因此在海域，随着深度的 增加，光强减弱，光合作用能力下降，尤其是在真光层以下，光合作用大大减弱。 光合产氧除与光照强度有关外，还与浮游植物数量有关。浮游植物的生长受温度、 营养盐、水流速度等因子影响。春夏季太阳辐射增强，海水温度升高，陆地径流 携带营养盐分的大量注入，致使近岸海域浮游植物大量繁殖，光合产氧大大加强， 大量的氧气从上层往下渗透，但由于增温，形成稳定的密度层节，溶解氧交换受 阻，不能补充底层溶氧，而是在跃层处累积，形成溶解氧垂直分布最大值现象( 顾 宏堪，1 9 8 0 ；王保栋，1 9 9 6 ) 。 大气复氧是气体中的氧经水气界面传输到水体中去的过程，是海水溶解氧重 要来源，当海水中的氧呈不饱和状态时，大气中的氧会进入海水，当海水中溶解 氧过饱和，则被释放到空气中，而当氧气分子以相同的速率进入或离开每一相时， 大气与海洋中氧气达到了平衡状态，海水中的氧气达到饱和。现在广泛采用的大 气复氧方程( 雒文生等，2 0 0 3 ) ： 安：七2 ( q _ d ) 1 22k 1 il ，一l ，l1 z d l ”6。 式中：幻是复氧系数，伉为溶解氧饱和浓度，d 为实际溶解氧浓度。该式表 明，大气对水体的复氧速度与氧亏( q d ) 成正比。此外，水温、风浪、环流等 对水体大气复氧也有一定影响。水体表面传质系数与温度的关系一般符合( 李然 等，2 0 0 0 ) ： 砗= k 2 0 口r 一2 0 1 3 可见，温度越高，气体与海水之间的交换速率越快，但是由于在复氧过程中，气 体在水中的溶解度随温度升高而降低，这样会部分抵消温度对复氧速率的影响。 温度降低，水体氧饱和度会升高，所以从低纬度向高纬流动的暖流，其溶解氧含 量较低，由于温度的降低，将不断从空气中吸收氧。风浪可以增加海气接触面， 有利于氧气溶解进入海洋。 ( 2 ) 溶解氧的汇：溶解氧的汇是指由于水体中有机物的降解、无机物的氧 化反应、底泥耗氧及浮游植物呼吸作用等耗氧。 第一章绪论 有机质降解耗氧取决于温度、微生物、有机质性质及含量等。河口地区有机 物的来源主要有河流输入( 包括人类活动产生的c o d 、b o d ，以及随陆地径流 进入河道水域的土壤、植物残体等) ：沿岸点源输入；浮游植物死亡贡献；底泥 冲刷再悬浮等。有机质含量越高，微生物分解活性越高，则分解耗氧越多。相关 研究表明有机质耗氧对整个珠江口水域耗氧贡献很大，尤其是密度跃层以上水域 ( 张恒和李适宇，2 0 0 9 ) 。 此外，水体中一些还原态的无机物( f e 2 + 、m n 2 + ) 在氧气充足的情况下会发 生氧化反应，转化为更为稳定的高价离子。铵根离子n 时会通过硝化反应耗氧。 这些无机物氧化反应耗氧也不可忽视，尤其是硝化反应耗氧，在珠江口密度跃层 以上水域中，其贡献仅次于有机物分解耗氧( 张恒和李适宇，2 0 0 9 ) 。 底泥耗氧是指水体中沉积到底泥的颗粒态有机碳，经成岩反应分解及矿化 后，在底泥中大量消耗溶解氧，造成水体中与底泥中出现溶解氧梯度差，产生从 水体向底泥输运溶解氧的水体耗氧( 臧家业等，2 0 1 0 ) 。底泥耗氧在水体耗氧中 不容忽视，在珠江口密度跃层以下水域，底泥耗氧占据主导地位( 张恒和李适字， 2 0 0 9 ) 。 浮游植物呼吸耗氧是光合产氧的逆过程，在补偿深度( 呼吸耗氧量与光合产 氧量相等的深度) 以下，尤其是真光层以下，由于光线减弱，浮游动植物、底栖 生物以及微生物等的呼吸作用起主要作用，且随着水深增加而大大增强。 此外，海水温度上升，氧的溶解度下降，水温升高到一定程度，海水溶解氧 过饱和，则会向空气释放氧气。从高纬度向低纬度流动的寒流，随着温度的升高， 海水不断地向空气中释放氧( 唐逸民，1 9 9 9 ) ，这虽然并不是主要的耗氧过程， 但在全球变暖的趋势下，也有越来越多的研究人员开始关注这部分氧气消耗。 ( 3 ) 溶解氧的传输途径 溶解氧的传输包括水平输运和垂直输运，水平输运主要受锋面、重力环流、 沿岸流、潮流等过程影响，河口区水体水平运动不仅影响溶解氧的水平分布，其 水平运动能力强弱还会控制带入海域的有机物质多少，营养盐负荷大小，从而影 响海域溶解氧消长变化( 胡方西等，2 0 0 2 ；h a oe ta 1 ，2 0 0 7 ) 。溶解氧垂直输运主 3 第一章绪论 要受上升流、下降流、水体层化等过程影响，上升流会将底层营养物质带入上层， 促进浮游植物生长，一方面加强真光层光合产氧，另一方面植物残体沉降促进底 层水体耗氧，上层富氧水体可以经下降流或上下水层混合补充底层水体，而层化 现象的出现会阻断上下水体的溶氧交换，加剧底层低氧的形成( 石晓勇等，2 0 0 6 ； 张莹莹等，2 0 0 7 ；w a n gbd ，2 0 0 9 ) 。 1 2 研究进展 1 2 1 低氧现状 低氧现象在越来越多的河口及近岸海域出现，其中研究较多的有墨西哥湾北 部密西西比河口、切萨皮克湾、波罗的海、黑海等( r - a b a l a i se ta 1 ，2 0 0 l ；r a b a l a i s a n dt u m e r ，2 0 0 6 ；z i l l e ne ta 1 ，2 0 0 8 ；c e n r ，2 0 0 0 ；h a g y ，2 0 0 4 ) 。低氧在不同的海域 具有不同的特点，归纳起来可以分为4 种类型：永久性的( 主要发生在大陆架、 大型海湾以及内陆海) 、季节性的( 通常出现在温度分层的河口及大陆架海域， 也可能出现在浅的混合型河口水体及潮汐型河流) 、偶发性的、昼夜型的( k e m p e ta 1 ，2 0 0 9 ) 。另外，按自然过程和人类活动影响的程度可划分为：由自然过程影 响产生的低氧区，如印度洋北部低氧区、南半球智利海岸外、纳米比亚海岸外； 由自然过程与人类活动共同作用产生的低氧区，如美国加利福尼亚海岸外、秘鲁 海岸外、长江口外、珠江口外等的低氧区；主要由人类活动导致的低氧区，如北 半球的中纬度海岸，如黑海、波罗的海和美国墨西哥湾的低氧区( h e l l va n dl e v i n ， 2 0 0 4 ；r a b a l a i se ta 1 ，2 0 0 9 ；d i a z ，2 0 0 l ；e n g l ee ta 1 ，1 9 9 7 ) 。 过去的几十年里，由于关注度大增，在大量河口及近岸海域发现过低氧现象。 整个西大西洋最大的低氧区出现在墨西哥湾北部，路易斯安那州和德克萨斯州大 陆架附近，密西西比河入海口，其低氧区面积在1 9 9 9 年夏季高达2 0 0 0 0 k m 2 ，仅 次于黑海西北大陆架及波罗的海湾( r a b a l a i se ta 1 ，1 9 9 9 ) 。e n g l evd 等研究墨 西哥湾北部溶解氧状况，估算出路易斯安那全部河口的5 2 2 9 3 均受到低氧的 影响( e n g l ee ta 1 ，1 9 9 9 ) 。h e l l yj j 等研究了近海陆架低氧的全球分布，结果显 4 第一章绪论 示总计1 0 0 0 0 0 0k m 2 长期的低氧陆架区及深海区( d o 忒旷矿 一j 裹嚣募譬 曩黪二、j 锴麓夕，：f砀_ j 一。f 蹴。| 多7 二，f 1 2 0 1 2 1 。1 2 2 。 经 度 1 2 3 1 2 4 ( e ) 图2 - 2 长江口调查站位图( a ：1 9 5 8 年9 月一1 9 5 9 年9 月全国海洋综合调查站位图；b ：2 0 0 9 年8 月长江口调查站位图；c ：2 0 0 5 年7 月流速测定站位图以及2 0 0 1 年5 月耗氧实验站位 图一图中e 4 、e 5 站位) f i g u r e2 2s u e ys t a t i o l l si 1 1y 觚g 嘧黜v e r e s t u 哪( a ：廿l e 咖i o nd i 矧b u t i o no fs 印1 9 5 8 一 s 印l9 5 9 ，b ：t 1 1 e 涮i d i 矧b u t i 伽o fm ee n do f a u g u s t2 0 0 9 ，c ：也es t a t i o nd i 矧b u t i o no f n o w v e l o c 匆o f j u l y2 0 0 5 锄do 碍g 锄d 印l e t i o ne x p e 缸e n to f m a y2 0 01 s t a t i o e 4 锄de 5 1 1 3 第二章研究区域与方法 2 2 3 采样和测定方法 各航次调查期间采样方法、层次和测定方法均按“海洋调查规范”进行。 其中2 0 0 3 年及2 0 0 9 年溶解氧、温度、盐度、水深等数据由s e a b i r dc t d 测量获取。 2 0 0 5 年7 月长江口海区各站点流速流向的测定分大潮和小潮进行了2 个航 次各2 5 h 的准同步连续观测，由a d c p ( a c o u s t i cd 叩p l e rc u 丌e n tp r o f i l e r ) 测量获 取，对于a d c p 测试的盲区( 水面至水面以下1 米) ，其海流的测量采用直读式 海流器( d r c m ，型号：1 7 4 s s m ，美国e n d e c o 公司) 。航次结束后，将a d c p 连续观测数据与d r c m 的数据相对应，按6 点法提取整点各水深处的数据。 2 0 0 1 年5 月耗氧实验是通过采集沉积物柱样，注入充氧海水，进行水体耗 氧模拟实验，实验开始阶段每隔1 0 1 5 分钟，待溶解氧变动幅度较小时，每隔 3 0 6 0 分钟，测定海水溶解氧含量，获取溶解氧实时变化情况，溶解氧的测定采 用便携式溶氧仪。 2 2 4 数据处理方法 表观耗氧量可以近似地表示海水中氧的消耗，它是假设海面水体与大气处于 氧气交换平衡，水体的溶解氧含量达到饱和，水体下沉后，由于有机物等的分解， 溶解氧含量发生了变化，这两者之差为表观耗氧量，可表示为( r i l e ye ta 1 ，1 9 7 5 ) ： 彳d 【厂= c o ，一c 。， 式中c 。，是饱和溶解氧浓度，c 。，是实测溶解氧浓度。 饱和溶解氧是指当水体与大气中氧交换处于平衡时，水中溶解氧的浓度。本 文对于饱和溶解氧的浓度采用如下公式( g a r c i aa n dg o r d o n ，1 9 9 2 ) 计算： l nc d = 彳o + 彳l t + 4 t 2 + 4 瓦2 + 彳3 瓦3 + 彳4 c 4 + 彳5 t 5 + s ( 玩+ b 1 瓦+ b 2 互2 + 岛t 3 ) + c d ，s 2 其中，a 1 ，a 2 ，a 3 ，a 5 ，b o ，b 1 ，b 2 ，b 3 都是常数，具体可以参见文献， t 。可以通过以下公式计算： 正= l n 【( 2 9 8 1 5 一f ) ( 2 7 3 1 5 + f ) - 1 】 1 4 v ，i 第二章研究区域与方法 余流是指实测海流中滤去潮流及其他周期性流动成分后的剩余部分。余流一 般包括漂流( 风海流) 、密度流、径流等。一般来说，在近岸和河口区域，水质 点经过一个潮汐周期之后，并不回到原先的起始位置之上，这是由于径流、风海 流以及潮流本身的非线性现象所引起的。水质点从原点到2 5 小时之后点的连线 构成空间一个矢量，这个矢量就是拉格朗日余流。如果我们将一个固定站位的 2 5 个小时的等间距流矢量相加，再除以2 5 小时，剩余的那部分就叫欧拉余流( w r e i e ta 1 ，2 0 0 1 ) 。我们这里讨论的就是欧拉余流，简称余流。余流的流向常常是泥沙 运动和污染物质扩散运移的方向。本文余流通过以下公式计算： 名= 去喜e 其中矿代表水流流速。 本文对数据的分析处理主要使用s u 疵r8 0 、s p s s1 5 0f o rw i n d o w s 及a r c g i s 9 等软件。 1 5 第三章长江口夏季低氧区分布、形成及年际变化 第三章长江口夏季低氧区分布、形成及年 际变化 3 1 溶解氧分布特征 3 1 1 溶解氧水平分布 1 9 5 8 年1 0 月至1 9 5 9 年9 月长江口表层及底层溶解氧逐月分布如图3 1 和 3 2 ，总体上，表底层溶解氧等值线均呈现出与海底等深线平行的趋势，溶解氧 含量均从西北向东南方向递减( 底层更为明显) 。表层溶解氧量大于其对应的底 层，因为表层浮游植物产氧及大气复氧均大于底层，而底层溶解氧来源主要靠水 体输送，受水体流动特征影响较大，不同的季节，交换速率不一样。表层溶解氧 全年大部分时间是沿岸区域大于外海，而8 月份长江口外及南部出现明显大于沿 岸区域的溶解氧高值区，可能由于离岸较远，水体透明度较大，利于植物光合作 用，且夏季温度升高促进植物生长，产生大量溶解氧溶于水体。从表层溶解氧全 年分布变化来看，夏秋季节表层水体溶解氧含量小于春冬季节，这可能与海表水 体温度有关，温度越高，水体溶解氧饱和度越低。从底层溶解氧分布来看，在海 区东南部，存在一个向北流动的低氧水舌，这可能是因为受到黑潮水流经的影响。 而夏秋季节，该低氧水舌不显著，逐渐减弱，低氧区域出现斑块状分布，推测可 能夏秋季节低氧分布除了受水团的影响，还受海水升温、生物活动旺盛等影响， 从而形成斑块状分布。该低氧斑块位置及溶解氧值具有一定的月变化规律，图 3 3 是5 月至9 月溶解氧低值点位置月变化，分析知5 月份溶解氧低值中心位于 最南端，最低溶解氧值为5 3 4 m g l ，而后开始北移，且溶氧值随之减小，6 月份 最低溶氧值为4 1 6 m g l ，到7 、8 月份到达长江口外区域，也是全年低氧区分布 的最北端，其中7 月份最低溶氧值为2 6 7 m g l ，8 月份最低氧值为0 3 4 m g ，l ，9 月又开始南移，最低氧值也随之升高，为2 3 4 m g l ，这种移动特征与台湾暖流季 节移动特征类似( 详见下文) ，且同时受淡水径流，温度及层化等多重因素的影 1 6 第三章长江门夏季低氧区分布、形成及年际变化 响所导致，5 、6 月份位于杭州湾附近的溶解氧低值区就可以很好地说明这一点， 因为该区域受台湾暖流与淡水径流共同影响。5 、6 月，上层水体温度升高，淡 水径流及其携带的营养物质增加，跃层开始形成，浮游植物开始生长，底层有机 质随之增加，导致径流影响的海域底层，分解消耗的溶解氧增加，所以这一季节 的溶解氧低值区在台湾暖流向北流动至杭州湾附近时形成。 总之，溶解氧值小于2 m g l 的低氧区主要出现在8 月，而其他月份并无低 氧区出现，从8 月底层溶解氧分布图上可以看出，长江口夏季低氧区位于3 0 7 5 。 n 3 2 。n ，1 2 2 5 。e 1 2 3 2 5 。e 附近海域，处于长江口外海槽区，低氧区与其周 围水体之间存在强烈的溶解氧浓度梯度差。 第三章长江l j 夏季低氧区分布、形成及年际变化 1 2 0 1 2 1 1 2 2 1 2 3 2 4 图3 1 1 9 5 8 年1 0 月一1 9 5 9 年9 月长江口及邻近海域表层溶解氧分布图 f i g u r e3 1d i s t r i b u t i o no fs u r f a c ed i s s o l v e do 捌g e no f fm ey 暑m g t z e 酗v e r 锄di t sa d j a c e i l ts e a a r e a s 丘o mo c t o b e r1 9 5 8t os 印t e m b e r1 9 5 9 1 8 一 3 1 1 9 3 1 。 1 2 3 2 1 2 0 1 2 1 第三章长江r 】夏季低氧区分布、形成及年际变化 图3 21 9 5 8 年1 0 月一1 9 5 9 年9 月长江口及邻近海域底层溶解氧分布图 f i g u r e3 2d i s t r i b u t i o no f b o t t o md i s s o l v e do 珂g e no f r t h ey a n 舒z er i v e ra n di t sa d j a c e n ts e a a r e a s 仔o mo c t o b e rl9 5 8t os 印t e m b e rl9 5 9 纬 度 江 江 浙 1 9 年5 月： 1 9 5 9 年6 丹： 1 9 5 9 年7 一； 1 9 5 9 年8 月： 1 9 年9 月， 5 3 4 m a l 4 1 6 m g ，l 2 6 7 m 9 ，l o “m 叽 2 3 4 m 口，l 蕾 却 当套 8 月 ”，圣 帝p 1 2 1 。1 2 2 。1 2 3 。 经度 图3 31 9 5 9 年5 月1 9 5 9 年9 月长江口外溶解氧低值点含氧量及位置月变化 f i g m e3 3 岍a t i o no f t h el o c a t i o nw h e r ea p p e 孤e dn l el o w e s td i s s o l v e do ) 哕g e nv a l u ee a c hm o n t h 肋mm a y 1 9 5 9t 0s e p t e i n b e r ，1 9 5 9 明 明聊 警 第三章长江口夏季低氧区分布、形成及年际变化 1 2 溶解氧垂直分布 图3 4 是研究区断面l 、断面2 溶解氧垂直分布图，图中显示1 0 月( 秋末) 解氧分布具有一定的层化现象，但强度较弱，且2 0 米以浅水域溶解氧分布较 均匀，可见秋季近表层水体开始出现垂直混合现象。2 月( 冬季) 整个海域溶 氧垂直分布较为均匀，而断面1 中4 1 1 1 站点以南海域仍有一定溶解氧跃层， 能因为南部海域受台湾暖流影响；断面2 中，溶氧含量呈现出随离岸距离增加 减小的趋势，且近岸区域离岸变化率较大，而外海整个海域溶氧量分布较为均 ，这可能与海域近岸盐度小于外海有关。5 月( 春季) ，两个断面均有溶解氧 跃层现象，其层化强度与l o 月份相似，但是溶解氧含量稍高于1 0 月，可能由于 春季，植物生长，而海域在冬季水体充分混合后，底层营养物质的再悬浮促进了 上层浮游植物的生长，从而增加光合产