三亚湾海岸侵蚀原因分析及防治对策

1、热 带 海 洋 学 报Vol . 2 1 , No . 1第 2 1 卷 第 1 期 2 0 0 2 年 1 月J OU RNAL O F TRO P ICAL OC EANO GRA P H Y J an . , 2 0 0 2 文章编号 :100925470 (2002) 0120040208三亚湾海水温度季节变化及溶解无机氮的垂直分布特征董俊德 ,王汉奎 ,张,黄良民( 中国科学院南海海洋研究所 ,广东 广州 510301 ;中国科学院海南热带海洋生物实验站 ,海南 三亚 572000)摘要 : 根据 2000 年 4 月 2001 年 3 月在三亚湾的定点现场观测资料分析结果表明 :

2、6 8 月份受外来冷水上升流的入侵和影响 ,使该湾水域在该季节形成明显的温跃层 ,底部和中部有 明显的低温层 。在上升流入侵期间 ,该湾水域平均温跃层强度为 0 . 138 0 . 283 m - 1 ,最大 温跃层强度为 0 . 419 0 . 440 m - 1 ,底部最低水温在 22 左右 。9 月 翌年 3 月温跃层消 失 ,海水混合流动充分 ,温度垂直分布均匀 。3 月份水温开始升高 , 至 5 月水温总体升至最 高 ,并由于高气温及强太阳的辐射作用 ,5 月份形成温跃层 。溶解无机氮 (D IN) 的分布特征表 明 ,硝酸盐 、亚硝酸盐在冷水上升流入侵季节 ,其含量明显提高 ,比平

3、时分别提高 : 10 . 20 % (表层) 、37 . 20 % (中层) 、83 . 81 % (底层) 和 64 . 04 % (表层) 、82 . 96 % (中层) 、119 . 41 % (底层) 。 氨态氮不直接受上升流影响 ,但季节变化特征明显 。关键词 :三亚湾 ;冷水上升流 ; 溶解无机氮 (D IN) ;温跃层中图分类号 : P714 . 4文献标识码 :A珊瑚礁生态系统是热带海洋环境的特征生态系统 ,就珊瑚礁生态系统中的低营养盐含量 ,能维持生物高生产力的持续发展 ,至今还是中外学者研究的热点问题1 5 ,尤其是 生态系统内部的氮素来源 ,至今没有得到合理的解释 。目前

4、比较公认的氮源途径1 ,6 ,一 是来自陆源氮和降雨提供6 ,二是海洋的上升流 、风生涌流作用或营养盐丰富的冷水团入侵4 ,6提供 ,三是珊瑚礁生态系统中珊瑚及其共生体的自营养过程 ,即其生态系内与之共生的海洋固氮生物7 10 提供 ,如海洋蓝藻微藻垫生态群落和固氮细菌等的生物固氮作用 ,提供氮源给生态系统以维持高生产力的持续发展 。三亚湾位于 18121818N ,1092110929E ,是我国典型的热带海湾 ,同时也是 我国珊瑚礁发育较好的海湾 。过去对三亚湾研究极少 ,本文首次对三亚湾区域的海洋环 境进行定点监测 ,并对监测结果进行分析 。讨论三亚湾生态区域的海水温度的垂直分布 特征及

5、季节变化 ,了解该生态区域内溶解态无机氮 (D IN) 的背景特征及季节变化特点 。1调查与方法在三亚湾设 12 个监测站 ,其中 3 号站为定点监测站 ,本文的数据主要取自该站 ,其他站为综合观测站 (图 1) 。收稿日期 :2001205229 ;修订日期 :2001208208基金项目 :国家重点野外科学观测试验站基金和国家自然科学基金资助项目 ( 40006009)作者简介 :董俊德 ( 1965 ) ,男 ,安徽省肥西县人 ,副研究员 ,主要从事海洋生态和微藻生物学研究 。在 3 号 站 每 月 进 行 10d ( 特 殊 天 气 下8 9d) 的监测 ,测定水温和各种溶解态无机 氮

6、 。水样用颠倒采水器采集 ,采样层次为表 层 ( 0 m ) 、中 层 ( 8 m ) 、底 层 ( 15 m ) 。使 用 Q uanta 水 质 监 测 系 统 ( 美 国 产 ) 现 场 测 定表 、中 、底 层 的 海 水 温 度 。NO32N , NO22N , N H42N , D IN 的 分 析 均 按 海 洋 调 查 规范11中规定的方法进行 。2 结果与讨论2 . 1 海水温度季节变化及垂直分布特征海水温度是珊瑚礁生长的重要环境因子 ,它不仅影响珊瑚礁的生长发育及珊瑚礁生 态系统的结构与功能12 ,而且对海洋渔业资源13 和海洋气候变化14 有重要影响 。对海 水温度的季节

7、性垂直分布进行长期监测 ,可了解南海深层冷水上升流对珊瑚礁生态系统 影响的季节 、强度及特征 ,为上升流对珊瑚礁生态系统输入无机氮源的研究提供依据 。2000 年 4 月 2001 年 3 月 3 号测站水温垂直分布特征见图 2 。由图 2 可知 ,2000 年4 月水温在表 、中 、底 3 层开始有差别 , 但相差较小 , 尚未真正形成温跃层 。监测的 10d 中 ,平均温度表层为 26 . 68 ,中层为 26 . 49 ,底层为 26 . 22 ,表层最大值为 26 . 92 , 底层最小值为 25 . 23 ,水温总体比 2001 年 3 月有明显提高 。2000 年 5 月的表 、中

8、 、底层 水温都比 4 月有明显提高 ,提高的幅度从大到小为表层 中层 底层 ,平均水温表层为29 . 41 、中层为 28 . 47 、底层为 27 . 44 ,3 个层次有较明显的温度梯度 ,形成温跃层 。王昭正等15 指出南海南部海区在 4 5 月份热量摄入最多 , 且该温跃层的变化幅度较大 。在监测的前半段 , 3 个层面间有较大的温跃层 , 各层面之间的互相交换对流功能较 弱 。监测后期由于有较强的上下层对流作用 ,水温差距减小 ,底层水温升高 ,表层水温略 为降低 ,表明该温跃层的形成主要是由于气温升高和太阳辐射加强所致 。2000 年 6 月 3 号站的水温有所下降 ,尤其是中层

9、和底层的水温下降幅度更大 。底层 平均水温为 25 . 25 ,最低为 22 . 21 ,中层平均水温为 26 . 73 , 最低为 24 . 41 ,而上 层平均水温为 28 . 44 , 最高达 30 . 41 。说明 6 月有较强的冷水上升流入侵该水域 ,导 致该湾的水温下降和温跃层形成 。由此看出 6 月的冷水上升流对三亚湾海域珊瑚礁生态 系统的入侵是较强的 。2000 年 7 月 3 号站水温在初期还形成较大的温跃层 (图 2) ,最高温差可达6 . 29 ,后期由于天气有很大的变化 ,在 7 月中旬有很强的降雨过程 (7 月中旬的降雨量达 297 mm) , 强烈的风浪混合运动 ,

10、使不同层次的水温温差相对减小 ,各层次的平均水温比 6 月有所提 高 。但从分析结果看 ,7 月份还是有较强的冷水上升流涌入 ,只因为强烈的气象条件的变 化 ,加剧了相互的混合流动 ,使平均温跃层强度有所减弱 。2000 年 8 月是 1 年中上升流入侵最强的月份 ,从垂直分布特征看与 6 月份的分布很相似 ,前期形成较均匀的温跃层 ,后期冷水团上升加强 ,温跃层抬升到8 m以浅范围内 ,形42带 海 洋 学 报第 21 卷图 2 3 号站水温垂直分布图Fig. 2 Vertical dist ributio n of sea water temperat ure in Sanya Bay图

11、2 (续)Fig. 2 (co ntinued)成很强的上升流 。2000 年 9 月水温分层现象消失 , 3 个层 次 的 平 均 水 温 分 别 为 : 表 层 28 . 63 、中 层28 . 57 、底层 28 . 53 ,都在 28 . 6 左右 ,温差很小 。说明 9 月后 ,来自外海的冷水上升 流消失 ,整体水温提高 ,且水温也不受太阳辐照及气温的影响 。这可能是由于季候风及内 部涌流等的作用 ,使海水各层之间有很好的混合流动 。2000 年 10 月的水温与 9 月较为相似 ,有平均水温高 、上下层分布均匀等特点 。说明 9 月后三亚湾珊瑚礁生态系统的环境特征有很大变化 ,由外

12、来上升流占主导 、温跃层特点明显的海洋环境转变为有均匀温跃 层 、混合充分的海洋环境特征 。2000 年 11 月至 2001 年 2 月 ,水温分布均匀 ,变化较小 ,无水温分层现象 ,平均水温逐月降低 ,2 月达最低 , 邱章等16 ,17 认为由于东北季风的气候特征使南海南部冬季形成 较厚的上均匀层 ,我们在三亚湾的调查结果与之相似 。施平等18 指出 ,南海北部 ( 18N以北) 冬季海水混合充分 ,混合层深厚 (深度最大超过 80 m) ,夏季则相反 。在 115E 断面18N 以北 ,混合层深度 35 m 以上的等值线分布与本文结果也较吻合 。进入 2001 年 3 月 各水层温度

13、明显升高 ,表 、中 、底 3 层水温分别由 2 月的 23 . 61 ,23 . 36 ,23 . 25 升高至 3 月的 25 . 35 ,25 . 22 ,25 . 17 ,但无温度分层现象 ,说明此时的海水混合能力仍很强 ,而太阳辐射和气温分别较 4 , 5 月弱和低 。每月的水温温差及温跃层强度见表 1 。2 . 22 . 2 . 1D IN 月平均垂直分布特征硝酸盐月平均含量的垂直分布由图 3 可看出 ,2000 年 6 月和 8 月 3 号测站底层的硝酸盐含量都很高 ,表层的较低 ,有明显的分层现象 ,这与该测站的水温分布特征较一致 ,两者有很好的相关性 。7 月虽然 受强降雨及

14、风浪的混合影响 ,层次不明显 ,但底层和中层的硝酸盐含量都较高 , 说明该季44带 海 洋 学 报第 21 卷表 1 3 号测站每月平均水温温差及温跃层强度Ta b. 1 Monthly mean temperature diff erence and thermocl ine intensity at station 3温跃层强度最大温差最大温跃层强度/ m - 1表层水温/ 中层水温/ 底层水温/ 温差/ 时 间/ m - 1/ 2000 年 4 月2000 年 5 月2000 年 6 月2000 年 7 月2000 年 8 月2000 年 9 月26 . 6829 . 4128 . 44

15、28 . 6728 . 2028 . 6326 . 4928 . 4726 . 7327 . 8926 . 0328 . 5728 . 4926 . 2825 . 1023 . 9023 . 3625 . 2226 . 2227 . 4425 . 2526 . 5923 . 9528 . 5328 . 3426 . 1525 . 0823 . 8523 . 2525 . 170 . 461 . 973 . 192 . 084 . 250 . 100 . 190 . 16- 0 . 020 . 080 . 360 . 180 . 0310 . 1310 . 2310 . 1380 . 2830

16、. 0070 . 0130 . 011- 0 . 0010 . 0050 . 0240 . 0121 . 674 . 316 . 606 . 296 . 570 . 500 . 401 . 100 . 140 . 140 . 690 . 490 . 1110 . 2870 . 4400 . 4190 . 4380 . 0330 . 0270 . 0730 . 0090 . 0090 . 0460 . 0332000 年 10 月 28 . 532000 年 11 月 26 . 312000 年 12 月 25 . 062001 年 1 月2001 年 2 月2001 年 3 月23 . 932

17、3 . 6125 . 35节的冷水上升流能提供给珊瑚礁生态系统较高含量的硝酸盐 。2 . 2 . 2亚硝酸盐月平均含量的垂直分布3 号测站亚硝酸盐的月平均含量变化也与夏季的冷水上升流有密切相关 ( 图 3) ,在2000 年 6 月和 8 月出现 2 次高峰值和明显的分层现象 ,由于亚硝酸盐是不同形态氮间转 化的过渡形态 ,很不稳定 ,此季节的 2 个峰值很可能是上升流直接带来或由此带来的硝酸 盐转化而成的 。11 月出现另一个高峰 ,说明亚硝酸盐的含量变化可能受多种因素影响 , 如海洋生物间及生物与环境间的相互作用与转化 。图 3 溶解无机氮月变化曲线Fig. 3 Mo nt hly mea

18、n variatio n of D IN2 . 2 . 3N H42N 月平均含量的垂直分布N H42N 的月平均含量变化在不同深度之间的差别很小 ,没有分层现象 ,不受夏季上升流的影响 ,但随季节的改变而变化的特征很明显 。在有上升流涌入的夏季 , N H42N 含 量反而很低 ,说明上升流带来的冷水团中 N H42N 的本底值较低 ,也可能与上升流入侵形成的温跃层影响生物活动有关 。进入该地区的秋春季节 ( 11 月直翌年 1 月) ,随着水温 、气温的降低 ,N H42N 含量反而升高 ,进入 2 ,3 月突然变低 ,形成明显的季节及垂直分布特征 。N H42N 的分布和变化特征很可能受

19、该水域生物活动的影响较大 ,在冷水上升流涌入 时期 ,水体形成温跃层 ,从而阻碍了营养盐的上下交流 。到 9 ,10 月 ,随着温跃层的消失 ,底部水温升高 ,营养盐交换充分和生物活动加剧 ,N H42N 的含量逐步提高 。到 1 月以后 ,该湾潮间带有大量马尾藻繁殖 、生长 ,它要吸收大量的铵盐 ,这可能是导致 2 ,3 月 N H42N迅速下降的原因 。关于上升流对该水域 D IN 的输入 ,主要是增加硝酸盐为主 ,其次亚硝酸盐也受上升 流的输入而增多 (图 4) 。此结果与大亚湾的惠东上升流带来的 D IN 的结构不同 ,后者是N H42N 的含量有较大的变化 ,而硝酸盐 、亚硝酸盐的含

20、量变化不大19 。图 4 NO32N ,NO22N 月平均垂直分布图Fig. 4 Mo nt hly mean vertical dist ributio n of NO32N ,NO22N3结论综合以上的调查分析 ,可以得出如下结论 :(1) 三亚湾海域水温主要在 5 月至 8 月导致温跃层产生 。其中 5 月主要是由于强烈 的太阳辐射及气温的增高而形成海水温跃层 ,6 8 月该区域珊瑚礁生态系统主要受冷水上升流控制 ,形成温跃层 。温跃层强度受本区域的气象和潮汐的影响变化也较大 。(2) 6 8 月为南海冷水上升流输入季节 ,冷水上升流使底层水温最低可达 22 . 21 ,平均温跃层强度为

21、 0 . 14 0 . 28 m - 1 ,最大温跃层强度可达 0 . 42 0 . 44 m - 1 。(3) 9 月至翌年 4 月温跃层消失 ,其间由于海水有较强的混合作用 ,湍流充分发展 ,海 温的垂直分布均匀 ,形成混合层 。其中 9 ,10 月平均水温很高 ,这时海水的混合流动充分 ,生物活动能力强 。11 月以后水温逐步降低 ,到 2 月平均水温最低 。3 月水温开始升高 ,4月由于太阳辐射增强和气温增高 ,各水层间的温差开始形成 。46带 海 洋 学 报第 21 卷(4) 冷水上升流入侵季节 ,带来营养盐的输入 ,氮盐主要为硝酸盐和亚硝酸盐 ,主要影响范围为底层和中层 ,主要输入

22、季节为 6 8 月份 ,平均硝酸盐含量为 : 表 、中 、底层 NO32N 分别为 1 . 19 ,1 . 41 ,1 . 93moldm - 3 ,比其他月份增高数值为表层 10 . 2 % 、中层37 . 2 % 、底层 83 . 81 % 。亚硝酸盐含量在上升流入侵期间 ,表层 、中层 、底层分别为0 . 187 ,0 . 247 ,0 . 373moldm - 3 ,比平时分别提高 :表层 64 . 04 % 、中层 82 . 96 % 、底层119 . 41 % 。(5) N H42N 含 量 没 有 受 上 升 流 太 大 的 影 响 , 冷 水 上 升 流 没 有 给 该 区 域

23、 带 来 更 多 的N H42N ,相反在上升流入侵期间 ,N H42N 的含量比较低 。但水域中 N H42N 含量的季节变化特征明显 。参考文献 :1Andrews J C , Gentien P . Up welling as a so urce of nut rient s fo r t he Great Barrier Reef eco systems : a solutio n toDarwins questio n ? J . Mar . Ecol . Pro g. Ser . , 1982 , 8 : 257 269 .Darwin C. The st ruct ure and

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32、D I N I N SA NYA BAYDON G J un2de , WAN G Han2kui , ZHAN G Si , HUAN G Liang2min( S out h Chi na S ea I nst i t ute of Ocea nology , T he Chi nese A ca de m y of S ciences , Gua ngz hou 510301 , Chi na) ( 2 . T ropical M a ri ne B iological Resea rch S t at ion i n Hai na n , CA S , S a ny a 572000

33、, Chi na)Abstract :Based o n t he in2sit u investigatio n info r matio n o btained by The State Key TropicalMarine Biological Research Statio n during t he perio d f ro m March 2000 to Ap ril 2001 in t he Sanya Bay , t he paper analyzed t he vertical and seaso nal dist ributio n characteristics of s

34、eawa2 ter temperat ure in t he Bay and revealed t he backgro und and seaso nal variatio ns of dissolved ino rganic nit rogen ( D IN ) . The result s indicated t hat t here were seaso nal cold2water up2 wellings in t he regio n f ro m J une to August , w hich can cause t he fo r matio n of t her mocline and bring abo ut low temperat ure in t he middle and bot to m water layers. The