河口/近海区域低氧形成的物理机制研究进展

低氧/缺氧已成为严重威胁河口/近海与陆架浅海生态系统安全的要素之一。生物地球化学过程大量耗氧与水体分层限制表、底层水体交换是河口/近海低氧/缺氧问题的直接原因;而河口/近海和陆架海的各种物理过程控制了营养盐和有机质输运、水体层化,成为导致低氧/缺氧发生的根本原因之一。先讨论了近几年来国内外主要大河河口/近海和陆架浅海低氧现象发生的物理机制:径流冲淡水、潮汐、风、环流对低氧的影响,以及低氧对海-气大尺度变化和气候变化的响应等。再以长江口为例,重点分析了水动力过程对长江口夏季底层低氧的具体影响,同时对溶解氧统计模型和动力学模型的研究工作进行了阐述。最后对各种研究方法的优缺点进行总结,对长江口外海夏季底层低氧的研究工作进行了展望。     

台湾暖流变化特征及机制研究进展

台湾暖流携带高温高盐的大洋水体入侵到东海陆架区,其向岸分支可入侵到长江口外,对我国近海温、盐与环流产生重要影响。前人针对台湾暖流上游区域开展了大量研究,对其来源、温盐特征及入侵机制取得重要研究成果,而对台湾暖流下游,即向岸分支流轴及前锋的变化认识模糊。台湾暖流向岸分支入侵流轴及前锋的变化可能对长江口海域低氧和藻华等生态灾害的发生和分布具有重要影响,因此,开展台湾暖流向岸分支路径变化的研究具有重要的物理和生态学意义。通过分析积累的温、盐数据和潜标长时间观测,我们初步发现,台湾暖流向岸分支存在季节尺度和天气尺度的变化,流轴存在摆动,前锋的北界也存在变化,但对其详细特征和变化机制尚不清楚,需要通过进一步调查和研究予以阐明。     

夏季长江口外低氧区的动态特征分析

研究长江口外海域夏季低氧区的动态特征具有重要的科学意义和应用价值.通过对长江口外低氧区典型月份历史资料以及该海域生态环境演变的分析,揭示了长江口外海域低氧区北移、氧最低值波动下降和低氧区面积扩大的年代际变化趋势,阐明了低氧区的演变与富营养化以及海洋动力环境之间的关系,并对2006年夏半年(6-10月)低氧区的位置变化过...     

近50年来长江口及邻近海域溶解氧的时空分布变化

长江口及邻近海域是我国最重要的河口海岸区域之一。基于多源、长时间序列的溶解氧资料,本文对近50年来长江口及邻近海域溶解氧的时空分布特征进行了研究。结果表明,近50年来,长江口及邻近海域表层溶解氧基本保持稳定,仅冬季呈现出一定的上升趋势。冬、春两季溶解氧浓度范围在7-11 mg/L,夏、秋两季为6-8 mg/L。长江口及邻近海域低氧值首先出现于5月,浙闽沿岸底层海域形成低氧水舌。水舌在夏季不断向北推进,北部断面低氧程度明显高于南部断面。到了秋季,低氧区逐渐消退,至冬季完全消失。在过去的50年中,长江口及邻近海域的低氧现象始于20世纪80年代。2000年起,低氧程度逐渐加深,低氧分布深度逐渐升高。本文基于大量的溶解氧历史数据开展研究,研究结论对于探讨长江口及邻近海域低氧区的发展变化具有非常重要的意义。     

长江口邻近海域溶解氧的时空分布及影响因素研究

基于2018年早春和夏季长江口邻近海域的调查数据,分析溶解氧(DO)的时空分布,并讨论其影响因素.结果表明,夏季DO浓度变化范围为1.58～9.37 mg/L,浮游生物光合作用产生的DO是夏季表层水体过饱和的主要因素;夏季调查海域受台湾暖流北上引起海水层化加强,同时水体富营养化导致表层生物大量繁殖所引起有机碎屑的沉降和耗氧分解作用是底层低氧区存在的主要因素.夏季在台湾暖流影响下底层水体表观耗氧量(AOU)与营养盐成正相关关系,底层有机物耗氧降解过程与营养盐的再生密切相关.早春DO浓度变化范围为7.90～10.1 mg/L,长江口外北部海域和浙江近岸海域海水混合均匀,DO浓度主要受温度控制,而台湾暖流影响区海水出现层化现象,其低DO含量也为低氧区的形成奠定了基础.     

长江口南部赤潮区春季表层沉积物中色素组成、含量与分布状况

为剖析长江口邻近海域春季硅藻藻华后期藻类沉降与底层水体缺氧现象之间的关系,作者于2011年春季,在长江口南部赤潮区采集了表层沉积物样品,并通过高效液相色谱法(HPLC),对浮游植物色素进行了分析。结果表明,硅藻藻华发生后,表层沉积物中叶绿素a(Chl a)、岩藻黄素(Fuco)和19’-丁酰氧基岩藻黄素(But-Fuco)含量有显著增加,高值区主要分布在调查海域东南侧50 m等深线外侧,与底层低氧水体分布区基本吻合。因此,硅藻藻华后沉降的藻类对于该海域夏季缺氧区的形成应具有一定作用,其具体过程和机制仍有待于研究。     

2016—2019年长江口海域季节性低氧对大型底栖动物群落的影响

基于2016—2019年夏季在长江口海域进行的4个航次的生态环境调查,分析了长江口海域季节性低氧对大型底栖动物群落结构的影响。结果表明,2016—2019年长江口海域夏季底层DO最低值为1.51 mg/L,存在不同程度的底层低氧现象。低氧区与非低氧区之间大型底栖动物的种类数量、丰度、生物量和群落结构均存在显著差异。多毛类表现出对低氧较强的耐受能力,为低氧区的主要优势类群,中蚓虫(Mediomastus sp.)、索沙蚕(Lumbrinereis sp.)为低氧区的主要优势种。软体动物、甲壳动物和棘皮动物的分布趋势则与多毛类相反,其中甲壳动物对低氧的耐受能力较弱。MDS多维尺度排序表明,低氧区与非低氧区之间大型底栖动物的群落组成差异明显;CCA分析表明,长江口海域夏季底层低氧已对大型底栖动物的群落结构产生一定程度的影响。     

前言

长江口地处我国经济社会高度发达的东部沿海,与世界其它河口发达地区一样,长江口及邻近海域的生态与环境面临巨大压力和挑战。同时,大河输入、黑潮和东亚季风的相互作用,构成了长江口及邻近海域独特的区域海洋环境,是地球上研究自然变化和人类活动对近海环境演变     

长江口低氧区的成因及过程

长江口已成为世界低氧海域的一个代表性区域。近年来长江口低氧区的分布范围不断扩大,强度不断加剧。对该低氧区的表现特征、形成机制、生物地球化学过程以及生态环境影响做系统的分析和综述,并结合世界多处典型低氧区开展对比分析,认为长江口低氧区域在地理学、海洋学上均不同于波罗的海、黑海以及东京湾等区域的低氧区,是全球低氧生态学研究的一个新的案例。该区域的深入研究将有望丰富海洋生态学研究范畴。通过综合地球化学、生态学、物理海洋学等多学科方法和技术手段,发展低氧生态学,为研究海洋低氧现象的形成机制和生态效应,以及开展防治提供方法和理论支持。     

长江口水体溶解氧的季节变化及底层低氧成因分析

利用2006-2007年“908-ST04区块”任务单元在长江口开展的春、夏、秋、冬四季多学科综合调查资料,分析了长江口水体溶解氧的季节变化,探讨了其底层低氧的形成机制,结果表明:冬季,表层和底层水体溶解氧值总体上呈近岸高、外陆架低的分布趋势,水体上下混合均匀;春季,藻华开始出现,水体层化初成,外陆架入侵的低溶解氧浓度...     

风和径流量对长江口缺氧影响的数值模拟

受自然和人类活动的影响，海洋缺氧现象日益严重，威胁着海洋生态环境，海洋缺氧问题已经引起了人们的广泛关注。本文应用区域海洋模式并耦合生态模式，对东海的生态系统进行了数值模拟和分析研究。与观测数据比较显示，该模型能较好地模拟长江口外生态变量的分布趋势。另外本文通过设置不同敏感性实验，探讨风和径流量对长江口底层缺氧现象的影响，结果分析表明，风和径流量对长江口外缺氧区的形成有显著的影响。径流量变化虽然对长江口外缺氧区的季节变化影响并不显著，但是对缺氧区域面积却存在显著的影响。径流量增加，水体层化增强，表层叶绿素浓度增加，最终导致缺氧区域范围扩展；径流量减小，水体层化减弱，表层叶绿素浓度减小，缺氧区域范围缩小。风向和风速的改变不仅影响长江口外缺氧区的季节变化，还影响缺氧区域面积。     

夏季长江口缺氧区、低氧区和正常溶解氧海区浮游动物群落特征比较研究

夏季,长江口底层极易发生大面积低氧甚至缺氧.比较2016和2017年夏季长江口缺氧区(DO<2 mg/L)、低氧区(2 mg/L3 mg/L)浮游动物群落(>160μm)特征发现:2016年群落丰度和生物量均表现为缺氧区明显高于低氧区和正常海区;中小型桡足类、胶质浮游动物丰度表现为缺氧区和低氧区均高于正常海区;胶质浮游动物的组成,在低氧程度较严重的2016年夏季,以滤食性的海樽纲和有尾纲为主,在2017年夏季,以肉食性毛颚动物为主.     

近三百年来长江口泥质区沉积环境变化及与低氧关系的初步分析

近年来全球大型河口区低氧事件频发,严重威胁环境和生态系统健康。因缺少长时间序列的观测资料,人们对历史时期河口陆架区域生态环境演化,尤其是低氧事件发生的历史认识不足。本文基于~(210)Pb、~(137)Cs和光释光测年技术,以长江水下三角洲现代低氧区沉积物柱状样为研究对象,通过分析沉积物的粒度参数、氧化还原敏感元素、TOC、TN和碳氮同位素等指标,探究了该区域沉积环境的演化历史。结果显示,近三百年来长江口低氧区的演化大致可分为四个阶段:1740—1800年该区域可能存在低氧环境;1800—1850年低氧情况有所缓解;1850—1970年在人类活动影响开始加剧的背景下,低氧事件发生频率开始增加;1970年后由于入海营养物质排放通量增加,加之海温上升和入海水沙通量变化等多因素综合影响导致长江口低氧区面积和发生频率也显著增加。该结果可为了解长江口泥质区历史低氧环境的演化及现代长江口低氧环境的发育过程提供参考。     

长江口及邻近海域浮游动物生物量分布及季节变化

2006年7月—2007年12月,在长江口及邻近海域(29°30′N~32°30′N,120°00′E~127°30′E)布设150个观测站位,进行了4个季节生物、化学和物理海洋学综合调查。根据采集的浮游动物样品的分析鉴定结果及现场环境参数的测定数据,对浮游动物群落生物量分布及季节变化进行了研究。结果表明:长江口及邻近海域浮游动物生物量有明显的季节变化,主要表现为:春季>夏季>秋季>冬季。中华哲水蚤(Calanussinicus)、双生水母(Diphyeschamissonis)、百陶带箭虫(Zonosagittabedoti)和中华假磷虾(Pseudeuphausiasinica)是长江口及邻近海域浮游动物生物量的主要贡献者。化学营养盐是影响长江口及邻近海域浮游动物生物量分布的主要环境因素,除此以外,其它环境因子在不同季节对浮游动物生物量的影响存在差异。春季,温度和盐度是影响浮游动物生物量的主要因素;夏季,温度、溶解氧和叶绿素a是影响浮游动物生物量的主要因素;秋季,盐度、溶解氧和悬浮颗粒物是影响浮游动物生物量的主要因素。冬季,环境因子对浮游动物生物量影响不明显。     

长江河口水流输运时间研究

利用水龄理论的新方法,借助环境水动力学模型定量讨论了多年平均径流条件下长江河口径流和潮汐作用对河口水流输运时间的影响。研究给出了长江河口水流输运时间的时空格局:多年平均流量条件下,水流从徐六泾输出至河口(122.5°E)大约需要24d,南、北槽分流口以上河段水流输运时间主要由径流控制,水流输运时间为8d,向下至拦门沙滩顶水域由径流和潮汐共同控制,水龄为16d,说明最大浑浊带区域的水流输运速度较上下游为慢,从一个侧面阐述了最大浑浊带区域水动力的特征;长江河口水流输运时间存在明显的层化现象,表底层相差最大值可达6d。数值模拟试验结果表明长江河口的潮汐作用是影响河口水流输运时间的关键要素,河口巨大的进潮量增强河口水流交换能力并减小水流输运时间,从而显著影响随水体运动的物质输运格局。水流输运时间研究,不仅可以成功应用于河口水动力环境的量化研究,而且可以为泥沙输运及污染物输运等环境变化研究提供动力的基础。     

长江河口悬沙与盐分输运机制分析

2004年9月15~22日在长江口南支口门区域进行了水位、流速、悬沙浓度、盐度的全潮观测,基于这些现场数据,分析河口区域流速结构、悬沙浓度与盐度的时空分布特征;利用机制分解法研究河口悬沙、盐分的通量和输运机制,并探讨它们与水体垂向结构之间的关系。主要结论如下:长江河口区的悬沙浓度存在显著的时空变化特征,从口内向口外,悬沙浓度呈显著减小趋势,大潮期间的悬沙浓度较大,是小潮期间的数倍。通量机制分析结果表明,长江河口区以欧拉余流为主,向海输运,并有向海方向逐渐减小的趋势,斯托克斯余流向陆输运,在大、小潮期间有显著差异。盐分输运机制中,以欧拉余流占主导地位,潮泵效应、垂向重力环流、垂向剪切扩散作用的贡献次之。长江河口悬沙净输运率在向海方向逐渐减小,大潮期间的悬沙净输运率比小潮期间的大1~2个数量级,水动力条件是造成长江河口悬沙净输运时空差异的主要因素。悬沙输运机制小潮期间以欧拉余流占主导地位,在大潮期间则以与紊流相关的垂向剪切扩散作用取代欧拉余流占据主导地位。悬沙瞬时输运机制中的剪切扩散项在中下层水体的理查德森数(Ri)小于0.25时才有较大的量值,在南槽内,当底层水体的理查德森数(Ri)处于-0.1相似文献   

Sediment Transport Capacity Under the River–Tide Interaction in the Changjiang Estuary

Sediment transport capacity is a fundamental parameter in sediment transport theory and its accurate calculation is important from both theoretical and engineering viewpoints. The capacity of sediment transport has been studied extensively by many researchers in the last decades. Nevertheless, the underlying mechanism behind sediment transport capacity in estuaries remains poorly understood. The current study aims to explore the impact of the river–tide interaction on sediment transport and establish a formula of sediment transport capacity under the river–tide interaction. The impact of the river–tide interaction on the hydrodynamics and sediment dynamics in the Changjiang Estuary was analyzed, a practical method for describing the variation in tide-runoff ratio was established,and a formula of sediment transport capacity considering the impact of river–tide interaction was proposed by introducing the tide-runoff ratio. The new method bridged the gap between two well-known sediment transport capacity methods by considering the variation in the index a for the gravitational term and overcomes the drawback of distinguishing flood/dry season or spring/ebb tide in the calculation of estuarine sediment transport. A large amount of flow and sediment data obtained from the Changjiang Estuary were collected to verify the proposed formula. The effect of salt-fresh water mixture and the morphological evolution on sediment transport capacity of the Changjiang Estuary were discussed.     

长江河口波-流共同作用下的全沙数值模拟

针对长江河口地形、水文、泥沙运动等复杂的特点,建立了波-流共同作用下的二维全沙及河床演变模型.在合理计算研究区域流场等的基础上,利用切应力概念确定悬沙扩散方程中的源函数;通过系列数值试验和实测资料的统计分析,在经典的泥沙临界起动速度中引入反映河床底质结构及固结程度的局地系数;选用由流速、盐度、含沙量浓度确定的泥沙颗粒絮凝沉降速度,从而提高长江口悬沙场数值模拟精度.在底沙输运计算中,提出一种较为合理确定有关参数的方法.通过洪、枯季大、中、小潮水文、泥沙资料和典型台风引起航槽冲淤变化的实测资料验证,表明该文提出的模型能较合理地反映长江河口流场、泥沙场及地形的演变.