黄海浒苔绿潮防灾减灾现状与早期防控展望

截至2019年,浒苔绿潮连续12年大规模暴发,对近海生态系统、沿岸环境与社会经济造成严重影响,已经成为黄海最严重的生态环境问题。本文总结了黄海浒苔绿潮防灾减灾现状与成效,分析了存在的问题,然后基于对该绿潮起源与成因的认识,将其早期分为3个关键过程,即浒苔微观繁殖体在养殖设施上的着生与生长过程,定生浒苔脱离附着基形成漂浮浒苔过程,浅滩漂浮浒苔进入深水区形成大面积绿潮过程。最后分别从加强新材料与技术研发防控绿藻着生、强化养殖设施回收管理严控定生绿藻落滩、浅滩汇聚通道拦截打捞等3种途径提出了早期防控措施建议,以期为黄海浒苔绿潮的源头防控提供科学依据。     

黄海绿潮浒苔漂浮生态型的发现与启示

黄海绿潮已经成为常态化发生的海洋生态灾害。遗传分析结果表明,黄海绿潮藻主体由浒苔(Ulva prolifera)的单一群体构成。基于其特殊的基因型、表型,及其占据的独特生态位与生活方式,将其命名为"漂浮生态型"(floating ecotype)。浒苔漂浮生态型的发现,为黄海绿潮关键生态学过程的量化表征提供了重要抓手。基于SCAR特异分子标记的示踪研究表明,在绿潮早期浒苔入海阶段,苏北浅滩紫菜筏架发挥了重要作用;在海上暴发漂移阶段,漂浮生态型在漂浮藻中具有极高的优势度。上述发现提示,黄海绿潮存在重要的生物学成因,应加强针对漂浮生态型适应性特征及其遗传基础的比较研究。鉴于漂浮生态型在山东半岛南岸已零星定殖,提出应关注由于种源北侵和紫菜栽培产业北移带来的潜在风险。上述科学认识对于深刻理解黄海绿潮的成因与发生机制、建立可行的灾害防控措施、科学预测黄海绿潮的演变趋势具有重要意义。     

黄海绿潮研究:回顾与展望

自2007年以来,南黄海海域连年发生大规模绿潮(green tides),至2018年已连续12年出现。大规模绿潮对南黄海西部沿海一线的景观、环境和养殖业造成了严重破坏,已经成为黄海海域一类常态化的生态灾害问题。每年夏季,苏、鲁沿海一线地方政府都要投入大量人力物力,对海滩上堆积的绿藻进行收集和处理。针对绿潮问题,我国政府组织相关学者,围绕绿潮起源、成因、危害、监测和防控进行了大量调查和研究工作。经过多年研究,在黄海绿潮原因种及其鉴定方法、黄海绿潮起源地与早期发展过程、影响黄海绿潮的关键因素等方面已经有了比较系统、深入的认识,确认了黄海绿潮的原因种为浒苔(Ulva prolifera),发现黄海绿潮主要起源于南黄海西部的苏北浅滩海域,基本阐明了浅滩区绿潮早期发展的关键过程。浒苔自身的生物学特性、苏北浅滩独特的海域环境特征,以及浅滩区的养殖活动是影响黄海绿潮形成的关键要素。但是,在绿潮原因种浒苔的最初来源、绿潮的生态效应,绿潮演变趋势以及绿潮防控对策等方面仍需进一步开展研究工作。为验证黄海绿潮成因方面的科学认识,对绿潮防控工作提供思路和技术保障,青岛海洋科学与技术国家实验室设立了鳌山科技创新计划项目"近海生态灾害发生机理与防控策略",将黄海绿潮作为一项重要生态灾害问题开展研究,旨在进一步阐明绿潮成因,为绿潮防控提供坚实的科学依据。     

2008年黄海浒苔绿潮爆发区营养盐浓度化及分布特征

根据2008年7月22-26日和8月5-14日2个航次对黄海浒苔绿潮爆发区的调查数据,研究了调查海域营养盐的浓度变化和分布特征.结果表明,第2航次NH4-N的平均浓度为0.34 μmol/L,低于第J航次,第2航次NO3-N、PO4-P和SiO3-Si的平均浓度分别为4.63 μmol/L、0.39 μmol/L和6....     

黄海浒苔绿潮及其溯源研究进展

2007-2012年,黄海连续6a暴发了大规模绿潮。分析了过去5a国内外对黄海绿潮以及绿潮形成种浒苔的研究进展,并总结了对黄海绿潮浒苔溯源的主要观点。结合国内外对绿潮浒苔生物学研究结果,深入分析了大规模黄海绿潮暴发的关键要素(绿潮形成种、近海海水富营养化和其它海洋环境因子)以及生物生态学机制,根据已知的结果推演黄海绿潮全年发生发展过程。据此,认为黄海绿潮大暴发与江苏省近岸海域海水富营养化密切相关,辐射沙洲的浒苔微观繁殖体(孢子、配子及其不同发育程度的显微个体)在绿潮暴发过程中扮演重要角色。     

南黄海及长江口附近海域绿潮暴发前期微观繁殖体的动态变化

基于2011年3至5月对南黄海及长江口附近海域的水体与沉积物样品采集及实验室萌发培养实验,分析了绿潮暴发前期该海域微观繁殖体的时空分布特征。结果表明,在调查期间,南黄海水体中微观繁殖体空间分布趋势表现为近岸高远岸低,高值区主要集中在紫菜筏架养殖区附近海域,在122°30'E以东区域未发现有微观繁殖体存在。3,4,5月份该区域海水中平均微观繁殖体数分别为144 ,164和140株/dm3,最大值分别为278,426,和537株/dm3;南黄海沉积物中微观繁殖体数量分布范围介于19~127株/层,表层微观繁殖体数高于底层。长江口以北靠近江苏近岸区域有微观繁殖体存在,数量介于1~10株/dm3,31°N以南区域和河口内未发现有繁殖体分布,由此可排除黄海浒苔等绿藻微观繁殖体由长江水携带入海或来源于长江口南部海域。在春季绿潮暴发前开展该海域微观繁殖体的研究,可为查明绿潮发源地及早期发生发展过程提供基础资料,为预测和预警绿潮发生提供科技支撑。     

南黄海及长江口附近海域绿潮暴发前期微观繁殖体的动态变化

基于2011年3至5月对南黄海及长江口附近海域的水体与沉积物样品采集及实验室萌发培养实验,分析了绿潮暴发前期该海域微观繁殖体的时空分布特征。结果表明,在调查期间,南黄海水体中微观繁殖体空间分布趋势表现为近岸高远岸低,高值区主要集中在紫菜筏架养殖区附近海域,在122°30'E以东区域未发现有微观繁殖体存在。3,4,5月份该区域海水中平均微观繁殖体数分别为144 ,164和140株/dm³,最大值分别为278,426,和537株/dm³;南黄海沉积物中微观繁殖体数量分布范围介于19~127株/层,表层微观繁殖体数高于底层。长江口以北靠近江苏近岸区域有微观繁殖体存在,数量介于1~10株/dm³,31°N以南区域和河口内未发现有繁殖体分布,由此可排除黄海浒苔等绿藻微观繁殖体由长江水携带入海或来源于长江口南部海域。在春季绿潮暴发前开展该海域微观繁殖体的研究,可为查明绿潮发源地及早期发生发展过程提供基础资料,为预测和预警绿潮发生提供科技支撑。     

黄海浒苔绿潮研究进展

绿潮是世界性的海洋生态环境问题。自2007年以来,浒苔绿潮已肆虐黄海近岸海域达10年之久,造成了巨大经济损失和严重社会影响,成为近年来我国海洋生态学研究的焦点之一。目前,国内外学者围绕黄海绿潮起源与发生原因已经开展了一系列的研究,取得了一定的科学认知。本文综述了关于黄海绿潮起源与发生过程、浒苔的关键生物学特征以及绿潮暴发的环境驱动机制等方面的主要研究进展,分析了目前绿潮发生机制研究中未解决的科学问题和绿潮减灾防灾技术上的不足,并提出了研究展望。同时,对近期启动的国家重点研发计划重点专项"浒苔绿潮形成机理与综合防控技术研究及应用"的研究内容与预期目标进行了简要介绍。     

南黄海绿潮对江苏海水养殖的影响及防控对策

文章根据2012年12月至2013年5月江苏沿岸海水高位养殖池塘和紫菜养殖区绿潮藻分布情况调查结果,结合当前江苏省海水养殖实际,分析了南黄海绿潮藻对江苏海水养殖的影响并提出了防控对策。     

2017年春、夏季黄海35°N共发的绿潮、金潮和赤潮

于2017年4月至6月,沿南黄海35°N断面出现了罕见的绿潮、金潮和赤潮等有害藻华共发现象。本研究通过现场定时定速拖网等方法,对黄海35°N断面不同站位的大型漂浮藻类进行了定量观测,并对赤潮区浮游植物进行了显微镜观察。结果表明：沿35°N断面的漂浮绿藻和马尾藻生物量具有明显的时空变化特征,4月下旬漂浮绿藻和马尾藻开始零星出现,5月下旬生物量和分布范围明显增加,在6月上旬达到最大,随后在6月下旬降低。漂浮绿藻和马尾藻的分布区域存在差异,120°30''—122°30''E为两者共同分布海域,向西以漂浮绿藻为主,向东则以马尾藻为主。分别于5月下旬和6月下旬在黄海35°N断面发现了1次米氏凯伦藻（Karenia mikimotoi）赤潮和1次赤潮异弯藻（Heterosigma akashiwo）赤潮。基于现场获取的水文数据,本文对南黄海海域的环境条件及其对有害藻华分布的影响进行了讨论。沿35°N断面共发的绿潮、金潮和赤潮现象表明黄海海域正面临严峻的海洋生态问题,通过对该海域赤潮、金潮和绿潮的长期观测,可望揭示这些藻华灾害形成机制和演变规律,为针对性地开展有害藻华预报、预警和防控提供科学依据。     

基于GOCI的2017年南黄海浒苔演变遥感分析

本文应用GOCI高时间分辨率遥感影像,提取浒苔敏感波段并构建合适的评价指标,对NDVI、IGAG、KOSC绿潮主流算法探测能力进行比较,结合目视解译和阈值分割法,对2017年南黄海浒苔信息进行提取并进行演变特征分析。结果表明：NDVI算法的探测能力和稳定性显著优于其他两种,GOCI影像7、8近红外波段的选择对浒苔提取结果存在一定影响,最优为7、5波段组合;2017年浒苔总体经历了“出现-发展-暴发-衰退-消亡”五个阶段,持续时间约为68d,影像中浒苔最早出现在5月13日的盐城外海海域,最后出现在7月12日,最大覆盖面积出现在6月4日,为2363.12km²,在风、流场共同作用下,先向北移动,后在6月下旬沿山东半岛南侧转向东北,前锋位置最终停滞于青岛-烟台-威海一线并逐渐消亡。其发展规律与运移路径与往年相似,但持续时间与暴发时期最大覆盖面积显著少于往年,GOCI影像高时间分辨率的优势使浒苔灾害的逐小时动态监测成为可能。     

2017年春、夏季南黄海西部营养盐的分布特征及其与浒苔暴发的关系

基于2017年4月、5月、6月和8—9月在南黄海西部海域4个航次的现场调查,分析了春至夏季逐月的营养盐分布特征及其影响因素,初步探讨了营养盐与浒苔绿潮暴发的关系。结果表明：春至夏季苏北近岸浅水区总体呈现出高温、低盐、高营养盐的特征,且各理化要素垂向差异不明显;同时该海域表层水体中的营养盐含量自4月至5月有所下降,而后开始上升,至8—9月达到最大浓度。受长江冲淡水的影响,调查海域西南部表层存在向东北方扩展的低盐、高营养盐水体,在夏季与苏北海域向外扩展的营养盐高值区连成一体。在调查海域的中部至东北部深水区,入春后表层海水不断升温,至夏季于底层形成显著的黄海冷水团,并在其周围呈现出锋面特征;受初级生产过程和温跃层的影响,入春后该海域的上层营养盐浓度总体呈现出下降的趋势并在夏季维持了较低的水平,而底层营养盐浓度从春季至夏季有所升高且影响范围不断向西南方向扩展,至8—9月达到最大范围。苏北近岸海域丰富的营养盐为入春后大型藻类的生长和暴发提供了重要的物质基础,而且5月南黄海西部相关海域表层营养盐浓度降低与浒苔、马尾藻等大型漂浮藻类暴发对营养盐的吸收利用有关。     

黄海浒苔漂移输运模式的建立与应用

本文利用NCEPGFS预报风场和中国近海高分辨率三维MASNUM海浪-潮流-环流耦合海洋数值预报系统的预报数据,建立黄海浒苔漂移输运模式,用于黄海浒苔溯源和漂移输运数值模拟研究。使用2009年5月份黄海表层漂流浮标数据和2012年MODIS卫星遥感浒苔漂移分布资料对所建立的漂移输运模式进行验证,结果表明所建立的模式能够有效的模拟出浒苔暴发区漂流浮标运动状况,并能够有效地模拟出2012年浒苔漂移输运过程。最后运用所建立的模式开展2008年和2010年浒苔漂移输运过程,模拟结果与文献报道的卫星观测结果一致。模拟结果表明,受海洋表层流影响两年浒苔特征显著不同:2010年浒苔影响海域明显小于2008年,且2010年浒苔主体没有大规模在青岛近岸堆积。     

南黄海浒苔漂移轨迹年际变化规律及驱动因素

综合利用环境卫星(HJ-1A/1B)CCD影像与MODIS影像,对2011-2017年南黄海海域浒苔信息进行了提取,并结合QuickSCAT海风数据以及ESRL海温数据对浒苔生长及漂移路径的影响进行了分析。结果表明:(1)7年中利用遥感手段最初发现浒苔的日期为5月份,初始发现位置多集中在江苏省盐城市附近海域,且近7年浒苔漂移方向整体上向北,进入山东半岛海域。其中,浒苔中心点距离青岛海域最远约115km(2015年6月21日),最近约9.6km(2012年7月11日)。(2)浒苔中心点漂移方位年际差异较大,整体上浒苔漂移路径方向与海面风风向高度一致。(3)SST是浒苔暴发的关键环境因子,南黄海海域5—8月份SST逐月升高为浒苔生消过程提供了环境条件。     

渤、黄、东海内潮的数值模拟

在全球的海洋中,中国东海和临近海域是最显著的内潮生成地之一。本文采用NODC(Levitus) World Ocean Atlas 1998提供的季平均温、盐资料,计算海水的密度,并计算垂向密度梯度的最大值点,得到一个较符合海水实际的密度分层。使用三维非线性数值模型(将海洋分为2层)研究了潮汐(M2,S2,K1,O1分潮)作用下渤黄东海的内潮,揭示了整个海区内潮起伏的空间分布,结果发现大振幅的波动均发生在台湾东北(冲绳海槽)海域和中国近海地形突变之处,其中前者更显著。对于各分潮模拟得到的表面潮与TOPEX/Poseidon高度计资料基本一致。研究结果表明上层海水的深度和厚度的梯度对内潮有一定的影响;冬季分布区域比夏季小,强度比夏季大。     

南黄海北部盆地的断裂体系特征与形成机制

研究认为,南黄海北部盆地断裂体系及盆地隆凹格局指示盆地具有明显的右旋扭动成盆性质;盆地断裂体系可以分为一级控盆断裂、二级控凹断裂及三级凹陷内伴生断裂3个级别,盆地内凹陷具单断箕状断陷、双断斜交断陷、双断平行断陷3种类型;先存近EW向印支期逆冲断裂负反转、燕山—喜山期NE向具走滑性质的千里岩控盆断裂及其派生的NEE向张扭断裂共同控制了南黄海北部盆地断裂体系展布特征及其独特的具多种凹陷结构类型、发育规模不等、分割性较强的盆地隆凹格局。     

黄海典型漂浮大型藻类光谱特征分析

利用实测高光谱和多光谱相机数据对在黄海海域采集的浒苔和马尾藻样本进行光谱特征分析。结果显示:漂浮大型藻类的高光谱反射率均值(Rmean_H)与多光谱反射率均值(Rmean_M)、高光谱藻类指数(VB-FAHH)与多光谱藻类指数(VB-FAHM)之间的相对误差小于15.6%,说明这两种数据具有较好的一致性;基于光谱特征波长的反射率建立比值光谱指数,其中浒苔和马尾藻的差异最为明显的是R640/R554指数;基于多光谱相机计算反射谷深度指数(T-depth),采用阈值法来区分浒苔和马尾藻,T-depth阈值的区分精度分别为69.6%±30.0%和69.6%±24.3%,稍优于虚拟基线漂浮藻类指数(VB-FAH)阈值的区分精度。     

南黄海盆地成因机制及其构造意义

南黄海盆地在大地构造位置上位于下扬子准地台的东部,是我国东部重要的中新生代陆相含油气盆地。关于南黄海盆地的成因机制,现在还存在较大的争论,故对南黄海盆地的成因机制进行了讨论和总结。南黄海盆地处在特提斯构造域、亚洲构造域和滨太平洋构造域的中心位置,其形成过程中受到多种因素的影响,不同时期起到主要作用的因素不同。