黄海和东海生源要素的化学海洋学
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第19卷 第1期海洋环境科学Vol.19,No.1
2000年2月MARINEENVIRONMENTALSCIENCEFeb,2000
【综 述】黄海和东海生源要素的化学海洋学
刘素美1, 张 经2, 陈洪涛2(1.青岛海洋大学水产养殖开放实验室;2.青岛海洋大学化学化工学院,山东 青岛 266003)
摘 要:根据东、黄海地区化学海洋学方面的调查结果,概述了东、黄海海区生源要素(N、P、Si、DO等)的时空分布和迁移转化特征,河流输入和大气沉降对东、黄海生源要素的贡献,以及沉积物与上覆海水的营养盐交换。关键词:黄海和东海;生源要素;化学海洋学中图分类号:X142 文献标识码:A 文章编号:100726336(2000)0120068207
ChemicaloceanographyofbioactiveelementsintheYellowSeaandtheEastChinaSea
LIUSu2mei1, ZHANGJing2, CHENHong2tao2(1.CollegeofFisheries,OceanUniversityofQingdao,Qingdao 266003;2.CollegeofChemistry
andChemicalEngineering,OceanUniversityofQingdao,Qingdao 266003,China)
Abstract:Thedistributionintimeandspaceandtransferringfeaturesofthebioactiveelements(nitrogen,phosphorus,silica,dissolvedoxygenetc.)intheEastChinaSeaandtheYellowSeawerediscussed,basedontheinvestigationresultsbefore.Thetransportationofthenutrientsfromtheriverinputsandairdeposition,aswellastheexchangebetweensedimentandoverlyingseawaterwerealsodiscussed.Keywords:YellowSeaandEastChinaSea;bioactiveelemements;chemicaloceanography
东、黄海是西太平洋的边缘浅海。总面积11132×105km2,平均水深分别为349和45m。东、黄海流系由外海流及沿岸流构成,北上的黑潮北分支和黄海暖流与南下的黄海沿岸流及东海冬季沿岸流,形成了复杂的东、黄海环流。两水反向相遇,速度较大时即形成涡动,并产生上升流。深水沿浅坡上升,也会形成上升流。鸭绿江、淮河、长江、钱塘江、闽江、瓯江等将大量陆源物质输入东、黄海。天气系统将我国西北和华北地区的粉尘和土壤颗粒等传到东、黄海上空,以气溶胶和雨水等形式降到海面。东海雨水丰富(1000～2000
mm),而黄海较少(600～800mm)。东、黄海
地区的环流(特别是上升流)、大气沉降以及水体内部生源要素的循环都为东、黄海表层水输送了大量营养盐。本文以已发表的东、黄海生源要素资料为基础,对东、黄海地区生源要素的化学海洋学进行了系统分析和讨论。东、黄海的化学海洋学综合研究始于解放初期。有关的研究列于表1。
收稿日期:1999206228,修改稿收到日期:1999207227
基金项目:国家自然科学基金项目(49525609和49576297)和山东省自然科学基金项目(Y98E06077)作者简介:刘素美(19672),女,讲师,主要从事生物地球化学研究工作。已发表论文20余篇。表1 黄、东海区有关生源要素的海洋环境调查研究项目Tab.1 TheinvestigationandresearchitemsaboutthebioactiveelementsintheYellowSeaandtheEastChinaSea
时间海区调查项目主持1935渤海及山东半岛沿岸海洋物理、化学及生物伍献文、王家辑等1922～1942山东半岛、渤、黄海及东海海洋调查日本1957渤海及黄海西部综合调查中国科学院海洋所1958～1960渤、黄、东、南海的近海区全国海洋综合调查国家科委海洋组1966～1986渤、黄、东海标准断面调查国家海洋局1980～1986中国沿海15m等深线以内全国海岸带及海涂资源综合调查国家海洋局1980～1987长江口中美长江口海洋沉积合作调查国家海洋局二所1981～1982长江口及济州岛邻近海域长江口及济州岛邻近海域综合调查青岛海洋大学1984～1985东海黑潮东海黑潮试验性调查国家海洋局一所1984～1985黄海叶绿素a和初级生产力季节性调查国家海洋局一所1984～至今渤、黄、东海等全国海洋环境监测国家海洋局1985～1987南黄海中美南黄海环流及沉积动力学中国科学院海洋所1986～至今渤、黄、东海用监测网进行标准断面调查国家海洋局1986～1992黑潮中日黑潮合作调查研究国家海洋局1986～1992山东沿海岛屿山东沿海岛屿资源和开发可行性调查国家海洋局一所1987黄、东海水团多机制研究中日合作1989～1994全国所有海岛20～30m水深以内的海域及陆域全国海岛资源综合调查国家海洋局
1990～1993黄海中韩黄海合作调查中国科学院海洋所1996～1998南黄海中韩黄海水循环动力学合作研究国家海洋局一所1993～1996东海东海陆架边缘通量的调查研究中国科学院海洋所1998～2001黄海黄海水循环和物质长期输运动力学基础国家海洋局一所
1 黄海生源要素的分布特征春季由于长江冲淡水、台湾暖流前缘水和朝鲜半岛陆地径流的影响,南黄海西南部及朝鲜半岛西南角近岸海域为营养盐高值区,并分别由南向东北和由东向西北方向快速递减。中北部除成山头近岸受鲁北沿岸流携带稍高外,其他海域由于浮游植物光合作用,由冬季时的高值区锐减为最低值区。此外,济州岛附近较低,苏北沿岸流将低营养盐海水向东南方向输送。断面分布上近岸浅水区(水深<40
m)呈垂直均匀分布;深水区呈现明显的层化现象,上层低,下层高,并可能存在上升水的涌升现象[1,2]。夏季长江冲淡水左转北上,将营养盐输入南黄海南部,尤其是西南部海域,并向东输送几达济州岛,台湾暖流前缘水对南黄海西南部营养盐亦有一定贡献,尤其在底层,南黄海西
北部近岸海域仍为最低值区,并继续呈舌状向东南方向伸展。此外,济州岛西北部含量亦较低。同春季相似,苏北沿岸流继续将低营养盐海水向东南方向输送。此外,由于黄海冷水团的存在,在其下层水体中积累了大量营养盐,
成为黄海营养盐的重要储库[2]。秋季营养盐含量仍以南黄海西部为最高,
并自南向北和东北方向快速递减;朝鲜半岛近岸含量较高,而以南黄海西北部为最低。秋季营养盐的横向输送规律与夏季大致相似,但长江冲淡水的影响较夏季要小得多[2]。冬季南黄海西南部为营养盐含量最高值区(NO-3和SiO2-3分别达913和1911
μ
mol/
L)。济州岛以西海域营养盐含量明显低于周
围海域(NO-3和SiO2-3分别小于4和6
μ
mol/
L),但比南黄海西部略高。该海域是黄海暖流进入黄海的入口,可能是由于高温、高盐等
961期 刘素美等:黄海和东海生源要素的化学海洋学物理特征及低氧、高pH(>8116)和低营养盐等化学特征的黄海暖流影响的结果;南黄海中部及朝鲜半岛西南角近岸,营养盐含量亦较高(NO-3和SiO2-3分别大于5和8μmol/L),并呈舌状向西北伸展,这是由于冬季强烈的垂直涡动混合作用,将夏、秋以来积聚在黄海冷水团底部的大量营养盐带至上层,加之部分富含营养盐的西朝鲜沿岸流冷水汇入黄海暖流中一起北上,导致黄海中部较高的营养盐含量;成山头近岸营养盐含量亦相对较高。西部近岸营养盐含量为该调查最低值区。调查海区的N/P为8～22,与Redfield比值接近,适宜浮游植物生长。冬季南黄海温盐及生源要素呈垂直均匀分布[3]。除冬季外,黄海暖流对南黄海营养盐的分布与运移无明显的影响[1,2]。从1985～1995年营养盐的监测结果看,黄海营养盐含量11a来呈上升趋势,无机氮增加率为657%,无机磷1994年和1995年明显增加。黄海DO含量年最高值为2710mg/L,最低值为1013mg/L,均出现在鸭绿江口附近。该海区DO年变化特征可分为近岸浅水和远岸深水两种类型[4]。黄海DO夏季出现垂直分布最大值[5]。冬季南黄海叶绿素含量在0101～0170μg/L(平均0127μg/L),初级生产力(以C计)716～221mg/(m2・d),平均9013mg/(m2・d),均处于较低水平[3]。与朱明远等1985年2月的调查结果基本一致,远低于其它季节[6]。2 东海生源要素的分布特征高温(>20℃)、高盐(>34)、低营养盐(NO-3,PO3-4,SiO2-3分别小于1,012,5μmol/L)的黑潮表层水控制着东海东部海区[7]。春季,黑潮上层水侵入陆架减弱,其主干在北上途中形成若干锋面涡,由于水动力作用,陆架中北段,冷性低盐的沿岸富营养盐水被卷入涡内,形成明显的营养盐锋面。在台湾的北海区,则是富营养盐的黑潮次表层水入侵陆架,
且涌升高度可达30m层,其水平伸展可至100m等深线附近。由此使陆架水域在春季开始出现南北连片的营养盐锋面边界。其外围约在100～200m等深线附近[8]。春季温跃层的形成使陆架区营养盐在垂直方向上呈现表层低、底层高的成层现象;较高营养盐含量的台湾暖流(NO-3,PO3-4,SiO2-3分别大于8,017,10μmol/L)沿陆架底部向西南伸展至
长江口外与长江冲淡水混合[7]。夏季,以长江冲淡水为主体的西部沿岸水向东扩展,以及台湾北部黑潮次表层水涌升至陆架区出现比春季含量高的南、北两个营养盐高值中心。另外,由于进入台湾以北的台湾海峡水与入侵陆架的黑潮上层水在台湾以北100m等深线附近汇合北上,台湾暖流上层水向北伸展范围甚广,从而阻断了南北连片的局面。南、北的营养盐锋面边界分别退居于台湾北部海区和长江堆外侧。海水明显成层,营养盐随着比较轻的大陆沿岸水向黑潮区扩散输送,而营养盐浓度较高的黑潮次表层水涌升到陆架上100～200m等深线间,涌升高度能达30m层[8]。
秋季,黑潮上层水侵入陆架有明显征兆,
沿岸水西退,对陆架区的影响减弱。同样,台湾北部夏季出现的涌升也西移,且深度比夏季深,因此其含量也比夏季明显降低。至此,营养盐水的边界龟缩至50～100m等深线间,且其边界强度也大大减弱,几乎整个陆架测区是一片低营养盐水。黑潮次表层水较夏季更向陆架深入,但涌升高度有所降低[8]。秋季由于对流混合,表底营养盐分布比较均匀;在陆架斜坡底部出现高营养盐黑潮底层水的爬坡涌升现象[7]。冬季高温、高盐的黑潮上层低营养盐水入侵陆架达100m等深线以西,是一年中黑潮上
